ワイヤーの高温性能

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4541 (2023) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

高速飛行環境で使用される超合金のワイヤアーク指向性エネルギー堆積プロセスの開発において、インコネル 718 はプラズマ アーク プロセスを使用して堆積され、その高温性能がテストされました。 堆積した材料は、堆積したままの状態と、この合金の時効硬化業界標準の熱処理後の両方でテストされました。 結果は、両方の堆積条件で性能が低下することを示し、538 °C までは熱処理された材料が堆積材料よりも大幅に優れた性能を示しました。 760 ℃から 1000 ℃までの温度では、蒸着したままの材料の性能を向上させる試験中のエージング プロセスにより、性能の差はそれほど顕著ではありませんでした。 堆積した材料の微細構造では、合金全体に重大な亀裂が発生し、マトリックス全体に第 2 相が形成されており、熱処理後の析出量が大幅に増加していることがわかりました。

クランフィールド大学は、指向性エネルギー堆積 (DED) 積層造形 (AM) プロセスの開発を専門としています。 この研究は、ワイヤ + アーク積層造形 (WAAM) とも呼ばれるワイヤ アーク DED に焦点を当てています。 ここでは、ワイヤ原料 1 の堆積に電気アークが使用され、堆積速度は他のさまざまな金属 AM プロセスよりも桁違いに速くなります。

高速飛行関連の用途の多くは高温での強度を必要とするため、ニッケル基超合金やハステロイなどの特殊合金の使用が必要になります。 WAAM を使用してこれらの合金を製造すると、材料の節約とリードタイムの​​大幅な短縮により、従来の製造に比べて大幅なコスト削減が可能になります。 さらに、プロトタイプをより迅速かつコスト効率よく製造できるため、新しい設計の開発が大幅に加速されます。 この論文では、WAAM プロセスがインコネル 718 (IN718) の高温引張特性に及ぼす影響を調査します。

インコネル 718 は、時効硬化されたニッケルベースの超合金で、航空宇宙エンジンの部品に最も広く使用されている合金の 1 つです。 IN718 は高温使用向けに開発されており、高温での強度、耐クリープ性、および 650 °C2 までの良好な疲労寿命を実現するように設計されています。

ワイヤーアーク DED IN718 の室温引張特性とマクロ構造の研究は、他の合金の中でも特に James らによる以前の研究で調査されています。 彼らは、堆積時（AD）時効硬化合金は、文献で記載されている鍛造強度に比べて著しく性能が低いことを発見しました3、3。 ワイヤアーク DED IN718 の熱処理は、引張特性を改善することが示されている、と Seow et al. は、修正熱処理を施した鍛造 UTS の 86% の室温 (RT) 引張性能を報告しました4。

ブジャンラオら。 彼らは、鍛造材料と比較して WAAM IN718 の高温性能を調査し、ラーベス相の形成が WAAM 材料の性能の低下につながることを発見しました。これは、優先破壊として機能するラーベス相の脆性挙動によるものであると彼らは述べています。パス5。 Lanらの研究。 また、樹枝状アームの間でのラーベス相の形成と、それと亀裂との関連も報告しています8。 アルタザら。 Waam IN718 で亀裂の形成を制御する方法を調査したところ、パス間冷却戦略を使用することでラーベス相の形成が制御され、亀裂の形成が減少することがわかりました 6。

レーザー DED を使用した現場圧延を使用する場合、Li らは次のように述べています。 蒸着層の機械的圧延の使用により、IN718 で形成されたラーベス相はより分散され、蒸着材料と比較してより低い体積分率で見られることを発見しました。 彼らはまた、ローリングアシストレーザー DED が IN7189 の引張特性を強化することも発見しました。

WAAM プロセスが AD および高速飛行用途向けの熱処理された IN718 の高温引張特性に及ぼす影響をより詳細に理解するために、RT ～ 1000 °C でテストが実施されました。 この用途では、外部構造が 1000 K (727 °C)、推進流路内のコンポーネントでは 1200 + K (927 °C) もの高温にさらされることが予想されます。