アーク積層造形法で作製された傾斜機能材料 Alloy 82/AISI 304L の微細構造と機械的特性に関する研究!

出典: 溶接科学

2024年12月20日、韓国科学技術院の原子力量子工学科の研究チームは、ガスタングステンアーク溶接（GTAW）技術に基づくアーク積層造形（WAAM）プロセスで製造された合金82/AISI 304L機能傾斜材料（FGM）壁の微細構造と機械的特性を研究した最新の研究論文「WAAMを採用した合金82/AISI 304L機能傾斜材料の微細構造と機械的特性」をMaterials Today Communications誌に発表しました。

研究者らは、FGM壁の微細構造、化学組成、粒径、機械的特性を体系的に分析した。結果は、合金 82 領域では細かい柱状および細胞状の樹枝状結晶が見られ、AISI 304L 領域ではラス状のデルタフェライトが見られることを示しています。引張試験の結果、FGM 壁の最大引張強度と降伏強度はそれぞれ 565 MPa と 321 MPa であり、破壊は AISI 304L 領域で発生し、延性破壊モードを示していることが示されました。

実験方法<br /> この研究では、FGM 壁を準備するための原材料として Alloy 82 と AISI 304L フィラーワイヤ (直径 1.2 mm) を使用した GTAW プロセスを採用し、基板は厚さ 10 mm の 304L 鋼板でした。主要なプロセスパラメータは、電流 140 A、電圧 13 ～ 15 V、溶接ガンの移動速度 120 mm/分、シールドガスは純アルゴン (99.99%)、流量 20 L/分、層間温度は 150°C に制御、各層の厚さは約 0.9 mm、最終的な壁のサイズは 70 mm × 55 mm × 5 mm です。 FGM 壁の微細構造は光学顕微鏡 (OM)、走査型電子顕微鏡 (SEM)、EBSD 技術によって特徴付けられ、機械的特性はビッカース硬度計と引張試験を使用して評価されました。

図 1. GTAW 技術とサンプル抽出を使用して製造された AISI 304L および Alloy 82 機能傾斜材料 (FGM) WAAM 壁の CAD 概略図。
図 2. (a) 開発された FGM WAAM 壁のマクロ画像、(b) AISI 304L の微細構造、(c) 界面領域、および (d) Alloy 82 の微細構造。
図3. GTAW WAAMで製造されたAISI 304Lの堆積領域のSEM-EDS分析。
図 4. FGM AISI 304L と Alloy 82 WAAM 間のインターフェース領域の SEM-EDS ラインスキャン分析。
図5. GTAW WAAMによって堆積された合金82の領域のSEM-EDSラインスキャン分析。
図 6. AISI 304L 鉱床の EBSD 分析。(a) FCC および BCC 相分析、(b) KAM マッピング、(c) シュミット係数を示しています。
図 7. 配向分布関数 (ODF) を示す AISI 304L 堆積物の EBSD 分析。
図 8. AISI 304L 堆積物の EBSD 分析。(a) 逆極点図、(b) 粒径の配置、(c) 粒度不一致角度を示しています。
図 9. FGM の WAAM インターフェース領域の EBSD 分析。(a) 逆極点図 (IPF)、(b) シュミット因子 (SF)、(c) コア平均不整合 (KAM)、および (d) 粒子不整合角度を示しています。
図 10. 合金 82 から 304L までの FGM の WAAM 硬度の変化を示す硬度プロファイル。
図11 (a) 引張試験写真とその破壊形態、(b) シャルピーVノッチ試験写真とその破壊形態。
論文概要
FGM 壁は、明らかな亀裂や細孔欠陥なしに、合金 82 と AISI 304L 間の界面接合に成功しました。
AISI 304L 領域はデルタフェライトからオーステナイトへの変態を示し、合金 82 領域は主に柱状樹枝状結晶で構成され、界面領域には混合粒界があります。
Alloy 82 領域の硬度は約 234 HV と高く、AISI 304L 領域の硬度は 186 HV であり、硬度は堆積方向に沿って減少する傾向を示しています。
FGM 壁の引張強度は 565 MPa、降伏強度は 321 MPa、伸びは 23% であり、破壊は AISI 304L 領域で発生しました。
界面領域における FGM 壁の靭性は 33 J と比較的低く、これは主に低角粒界と高角粒界 (LAGB と HAGB) および炭化物の析出によって影響を受けます。

論文アドレス: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.111399

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