01 Présentation du document
Les alliages à haute température à base de-nickel, en tant que matériaux utilisés dans des environnements extrêmes, présentent une déformation complexe-uniforme à des températures élevées en raison de l'hétérogénéité des microstructures dans la zone de fusion (FZ), la zone affectée par la chaleur-(HAZ) et le matériau de base (BM) des structures soudées au laser-, affectant la capacité portante-et la durée de vie des composants. Les méthodes de test traditionnelles ont du mal à mesurer avec précision les propriétés mécaniques et ne peuvent pas prédire avec précision la déformation à haute température. Pour relever ce défi, cette étude adopte une approche collaborative de caractérisation et de modélisation à plusieurs-échelles, en se concentrant sur l'hétérogénéité des propriétés des micro-zones dans les joints soudés au laser-. En intégrant des techniques de test de nanoindentation, de simulation par éléments finis (FE) et de corrélation d'images numériques (DIC), une méthode de prévision d'une déformation thermique non uniforme sur une plage de températures de 20 à 800 degrés a été établie.
02 Aperçu du texte intégral
Cette étude utilise le superalliage à base de nickel GH3536-comme matériau expérimental pour effectuer la caractérisation et la modélisation du comportement de déformation thermique hétérogène des joints soudés au laser-. En intégrant des techniques de nanoindentation, de simulation FE et de test DIC, combinées au modèle de dureté (modèle de Ludwick) et à la méthode d'identification des paramètres sans dimension, il étudie les propriétés micro-mécaniques et les modèles de déformation de FZ, HAZ et BM dans la plage de température de 20-800 degrés. Les résultats expérimentaux démontrent que cette méthode multi-échelle peut obtenir avec précision les paramètres mécaniques de chaque micro-région, avec une erreur de limite d'élasticité maximale de seulement 9,8 % par rapport aux résultats des tests DIC ; à 800 degrés, l'écart de déformation non uniforme d'une éprouvette de traction FZ de 3,0 mm de large atteint 67 %. L'application de ce modèle aux tests de flexion d'about de plaque et de joint en T-a vérifié l'influence des propriétés locales sur les performances à haute température-, expliquant la corrélation intrinsèque entre l'hétérogénéité structurelle des micro-régions et le comportement de déformation. Cette étude élucide les mécanismes fondamentaux de la déformation hétérogène dans les joints soudés en alliage à haute température, aborde le problème de la déformation non uniforme que les méthodes traditionnelles ont du mal à résoudre et présente une valeur théorique et technique significative pour l'optimisation des processus de soudage dans l'aérospatiale et les domaines connexes.
Figure 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, et qu'une augmentation de la température aggrave cette hétérogénéité. À 500 degrés, la courbe montre des fluctuations dentelées correspondant à l'effet Portevin-Le Chatelier (PLC), un phénomène d'instabilité plastique provoqué par une déformation dynamique lors de la déformation plastique des alliages à haute température à base de nickel-à haute-température).
Figure 1. Courbes P-h des tests d'indentation dans diverses régions à différentes températures : (a) 20 degrés ; (b) 300 degrés ; (c) 500 degrés ; (d) 800 degrés
La figure 2 montre l'essai de traction DIC des joints en alliage GH3536 à haute température-soudés au laser à 20 degrés, indiquant que le FZ a les propriétés mécaniques les plus faibles, avec une déformation de 0,544 à 350 s, suivi du HAZ, tandis que le BM se déforme le moins, présentant visuellement la déformation non uniforme causée par les performances des micro-régions. hétérogénéité. La courbe du test DIC correspond à la courbe de l'extensomètre, confirmant la précision et la fiabilité de la technique DIC dans la caractérisation de la déformation locale des joints soudés.
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 à toutes les températures, et cette augmentation de la température exacerbe cette déformation non-uniforme ; les courbes de simulation FE correspondent étroitement aux courbes expérimentales, avec une erreur de limite d'élasticité maximale de seulement 9,8 %, validant la précision de l'inversion de nanoindentation plus le modèle Ludwick modifié et fournissant un support fiable pour prédire les performances de service à haute -température et optimiser les processus de soudage.
La figure 4 présente des cartes de contour de la déformation plastique équivalente à 20 degrés pour les joints en alliage haute température GH3536 -soudés au laser-avec différentes largeurs FZ. Les résultats indiquent que la FZ est toujours une région de déformation concentrée à toutes les températures. À une largeur FZ de 3,0 mm, une déformation non uniforme -est significative, avec un écart de 68 % par rapport à la déformation uniforme à 800 degrés, et cet écart augmente avec la température. L'influence de la largeur de la zone FZ sur l'uniformité de la déformation montre une tendance non linéaire d'abord croissante puis décroissante. À 1,5 mm, la non-uniformité de la déformation est plus faible en raison des fortes contraintes du matériau de base, et à 4,5 mm et 6,0 mm, elle est plus faible en raison de la redistribution des contraintes. Il est clair que 3,0 mm est une largeur critique à éviter, fournissant des conseils clés pour optimiser les paramètres du processus de soudage.
