Ганыг хөнгөн цагаантай холбох үед холболтын явцад Fe ба Al атомуудын хоорондох урвал нь хэврэг металл хоорондын нэгдлүүд (IMC) үүсгэдэг. Эдгээр IMC-ийн оршихуй нь холболтын механик бат бөх чанарыг хязгаарладаг тул эдгээр нэгдлүүдийн тоо хэмжээг хянах шаардлагатай. IMC үүсэх шалтгаан нь Al дахь Fe-ийн уусах чадвар муу байдагт оршино. Хэрэв энэ нь тодорхой хэмжээнээс хэтэрвэл гагнуурын механик шинж чанарт нөлөөлж болзошгүй юм. IMC-үүд нь хатуулаг, хязгаарлагдмал уян хатан чанар ба хатуулаг, морфологийн онцлог зэрэг өвөрмөц шинж чанартай байдаг. Судалгаагаар бусад IMC-үүдтэй харьцуулахад Fe2Al5 IMC давхарга нь хамгийн хэврэг гэж тооцогддог (11.8± 1.8 GPa) IMC үе шат бөгөөд гагнуурын эвдрэлээс болж механик шинж чанар буурах гол шалтгаан болдог. Энэхүү өгүүлэлд тохируулгатай цагираг горимын лазер ашиглан IF ган болон 1050 хөнгөн цагааныг алсын зайн лазераар гагнах процессыг судалж, лазер туяаны хэлбэрийн металл хоорондын нэгдлүүд үүсэх болон механик шинж чанарт үзүүлэх нөлөөллийг гүнзгийрүүлэн судалсан болно. Гол/цагираг чадлын харьцааг тохируулснаар дамжуулалтын горимд гол/цагираг чадлын харьцаа 0.2 байх нь гагнуурын интерфэйсийн холболтын гадаргуугийн талбайг сайжруулж, Fe2Al5 IMC-ийн зузааныг мэдэгдэхүйц бууруулж, улмаар холболтын зүсэлтийн бат бөх чанарыг сайжруулж болохыг тогтоожээ.
Энэхүү өгүүлэлд IF ган болон 1050 хөнгөн цагааныг алсын лазераар гагнах үед металл хоорондын нэгдлүүд үүсэх болон механик шинж чанарт тохируулж болох цагираг горимын лазерын нөлөөллийг танилцуулж байна. Судалгааны үр дүнгээс харахад дамжуулалтын горимд гол/цагираг чадлын харьцаа 0.2 байх нь гагнуурын интерфэйсийн холболтын гадаргуугийн талбайг ихэсгэдэг бөгөөд энэ нь 97.6 Н/мм2 хамгийн их хяргах бат бэхээр (холболтын үр ашиг 71%) тусгагдсан байдаг. Үүнээс гадна, 1-ээс их чадлын харьцаатай Гауссын дам нуруутай харьцуулахад энэ нь Fe2Al5 металл хоорондын нэгдлийн (IMC) зузааныг 62%, нийт IMC зузааныг 40% -иар мэдэгдэхүйц бууруулдаг. Цоолборын горимд дамжуулалтын горимтой харьцуулахад ан цав, хяргах бат бэх бага ажиглагдсан. Гол/цагираг чадлын харьцаа 0.5 байх үед гагнуурын давхаргад мэдэгдэхүйц ширхэгийн цэвэршилт ажиглагдсан болохыг тэмдэглэх нь зүйтэй.
r=0 үед зөвхөн давталтын чадал үүсгэгддэг бол r=1 үед зөвхөн цөмийн чадал үүсгэгддэг.
Гауссын цацраг ба цагираг хэлбэрийн цацрагийн хоорондох чадлын харьцаа r-ийн бүдүүвч диаграмм
(a) Гагнуурын төхөөрөмж; (b) Гагнуурын профайлын гүн ба өргөн; (c) Дээж болон бэхэлгээний тохиргоог харуулах бүдүүвч диаграмм
MC туршилт: Зөвхөн Гауссын цацрагийн хувьд гагнуурын давхарга нь эхлээд гүехэн дамжуулалтын горимд (ID 1 ба 2), дараа нь хэсэгчлэн нэвтрэх цоожны горимд (ID 3-5) шилжиж, илэрхий хагарал үүсдэг. Цагирагны чадал 0-ээс 1000 Вт хүртэл нэмэгдэхэд ID 7 дээр илэрхий хагарал байхгүй бөгөөд төмрийн баяжуулалтын гүн харьцангуй бага байв. Цагирагны чадал 2000 ба 2500 Вт хүртэл нэмэгдэхэд (ID 9 ба 10) төмрийн баялаг бүсийн гүн нэмэгддэг. 2500вт цагирагны чадалд (ID 10) хэт их хагарал үүсдэг.
MR туршилт: Гол хүч 500-1000 Вт (ID 11 ба 12) хооронд байх үед гагнуурын давхарга нь дамжуулалтын горимд байна; ID 12 ба ID 7-г харьцуулж үзвэл нийт хүч (6000вт) ижил боловч ID 7 нь түгжих нүхний горимыг хэрэгжүүлдэг. Энэ нь давамгайлсан гогцооны шинж чанараас (r=0.2) шалтгаалан ID 12 дээр чадлын нягтрал мэдэгдэхүйц буурсантай холбоотой юм. Нийт чадал 7500 Вт (ID 15) хүрэхэд бүрэн нэвтрэлтийн горимд хүрч болох бөгөөд ID 7-д ашигласан 6000 Вт-тай харьцуулахад бүрэн нэвтрэлтийн горимын чадал мэдэгдэхүйц нэмэгддэг.
IC туршилт: 1500w цөмийн чадал болон 3000w ба 3500w цагирагны чадал дээр дамжуулалтын горим (ID 16 ба 17)-д хүрсэн. Цөмийн чадал 3000w, цагирагны чадал 1500w ба 2500w хооронд (ID 19-20) байх үед төмөр ба хөнгөн цагааны хоорондох зааг дээр илэрхий ан цав үүсч, орон нутгийн нэвтрэлтийн жижиг нүхний хэв маягийг үүсгэнэ. Цагирагны чадал 3000 ба 3500w (ID 21 ба 22) байх үед бүрэн нэвтрэлтийн түлхүүрийн нүхний горимд хүрнэ.
Оптик микроскопоор гагнуурын тодорхойлолт бүрийн хөндлөн огтлолын дүрслэл
Зураг 4. (a) Гагнуурын туршилтын суналтын бат бэхийн эцсийн хэмжээ (UTS) ба чадлын харьцааны хоорондын хамаарал; (b) Бүх гагнуурын туршилтын нийт чадал
Зураг 5. (a) Талбайн харьцаа болон UTS-ийн хоорондын хамаарал; (b) Сунгалт болон нэвтрэлтийн гүн болон UTS-ийн хоорондын хамаарал; (c) Бүх гагнуурын туршилтын чадлын нягтрал.
Зураг 6. (ac) Викерсийн бичил хатуулгийн хонхорхойн контурын зураг; (df) Төлөөллийн дамжуулалтын горимын гагнуурын харгалзах SEM-EDS химийн спектрүүд; (g) Ган ба хөнгөн цагааны хоорондох интерфейсийн бүдүүвч диаграмм; (h) Дамжуулагч горимын гагнуурын Fe2Al5 ба нийт IMC зузаан
Зураг 7. (ac) Викерсийн бичил хатуулгийн хонхорхойн контурын зураг; (df) Төлөөллийн орон нутгийн нэвтрэлтийн цоолборын горимд гагнах зориулалттай харгалзах SEM-EDS химийн спектр
Зураг 8. (ac) Викерсийн бичил хатуулгийн хонхорхойн контурын зураг; (df) Төлөөллийн бүрэн нэвтрэлтийн цоолборын горимд гагнах зориулалттай харгалзах SEM-EDS химийн спектр
Зураг 9. EBSD график нь бүрэн нэвтрэлтийн цооролтын горимын туршилтаар төмрөөр баялаг бүсийн (дээд хавтан) ширхэгийн хэмжээг харуулж, ширхэгийн хэмжээний тархалтыг тоон үзүүлэлтээр илэрхийлнэ.
Зураг 10. Баялаг төмөр ба баялаг хөнгөн цагааны хоорондох интерфэйсийн SEM-EDS спектрүүд
Энэхүү судалгаагаар IF ган-1050 хөнгөн цагаан хайлшаар хийгдсэн өөр өөр тохой гагнасан холболтын IMC-ийн үүсэл, бичил бүтэц, механик шинж чанарт ARM лазерын нөлөөг судалсан. Судалгаанд гурван гагнуурын горим (дамжуулах горим, орон нутгийн нэвтрэлтийн горим, бүрэн нэвтрэлтийн горим) болон сонгосон гурван лазер туяаны хэлбэрийг (Гауссын цацраг, цагираг туяа, Гауссын цагираг туяа) авч үзсэн. Судалгааны үр дүнгээс харахад Гауссын цацраг болон цагираг туяаны тохирох чадлын харьцааг сонгох нь дотоод модаль нүүрстөрөгчийн үүсэл, бичил бүтцийг хянах гол параметр бөгөөд ингэснээр гагнуурын механик шинж чанарыг хамгийн их байлгах болно. Дамжуулах горимд 0.2 чадлын харьцаатай дугуй туяа нь хамгийн сайн гагнуурын бат бэхийг (холбооны үр ашгийн 71%) хангадаг. Цоолборын горимд Гауссын цацраг нь илүү их гагнуурын гүн, өндөр харьцаа үүсгэдэг боловч гагнуурын эрч хүч мэдэгдэхүйц буурдаг. 0.5 чадлын харьцаатай цагираг туяа нь гагнуурын давхарга дахь гангийн хажуугийн ширхэгийн цэвэршилтэд мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлдэг. Энэ нь цагираг хэлбэрийн цацрагийн оргил температур бага байх нь хөргөлтийн хурдыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг бөгөөд гагнуурын давхаргын дээд хэсэг рүү чиглэсэн Al уусмалын шилжилт нь үр тарианы бүтцэд өсөлтийг хязгаарлах нөлөө үзүүлдэгтэй холбоотой юм. Викерсийн бичил хатуулаг болон Thermo Calc-ийн фазын эзлэхүүний хувийг урьдчилан таамаглах хооронд хүчтэй хамаарал байдаг. Fe4Al13-ийн эзлэхүүний хувь их байх тусам бичил хатуулаг өндөр байдаг.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 1-р сарын 25
