Էներգիայի կարգավորվող օղակաձև կետային լազերի ազդեցությունը պողպատ-ալյումինե լազերային եռակցված կլոր միացումներում միջմետաղական միացությունների ձևավորման և մեխանիկական հատկությունների վրա

Երբ պողպատը միացվում է ալյումինին, Fe և Al ատոմների միջև ռեակցիան միացման գործընթացում առաջացնում է փխրուն միջմետաղական միացություններ (ՄՄՄ): Այս ՄՄՄ-ների առկայությունը սահմանափակում է միացման մեխանիկական ամրությունը, հետևաբար անհրաժեշտ է վերահսկել այդ միացությունների քանակը: ՄՄՄ-ների առաջացման պատճառն այն է, որ Fe-ի լուծելիությունը Al-ում վատ է: Եթե այն գերազանցում է որոշակի քանակը, դա կարող է ազդել եռակցման մեխանիկական հատկությունների վրա: ՄՄՄ-ները ունեն եզակի հատկություններ, ինչպիսիք են կարծրությունը, սահմանափակ ճկունությունը և ամրությունը, ինչպես նաև ձևաբանական առանձնահատկությունները: Հետազոտությունները ցույց են տվել, որ համեմատած այլ ՄՄՄ-ների հետ, Fe2Al5 ՄՄՄ շերտը լայնորեն համարվում է ամենափխրունը (11.8± 1.8 ԳՊա) IMC փուլը, և նաև եռակցման ձախողման պատճառով մեխանիկական հատկությունների նվազման հիմնական պատճառն է: Այս հոդվածը ուսումնասիրում է IF պողպատի և 1050 ալյումինի հեռակառավարվող լազերային եռակցման գործընթացը՝ օգտագործելով կարգավորվող օղակաձև ռեժիմի լազեր, և խորությամբ ուսումնասիրում է լազերային ճառագայթի ձևի ազդեցությունը միջմետաղական միացությունների ձևավորման և մեխանիկական հատկությունների վրա: Միջուկ/օղակ հզորության հարաբերակցությունը կարգավորելով, պարզվել է, որ հաղորդունակության ռեժիմում միջուկ/օղակ հզորության հարաբերակցությունը 0.2-ի դեպքում կարող է ավելի լավ եռակցման միջերեսային կապման մակերես հասնել և զգալիորեն նվազեցնել Fe2Al5 IMC-ի հաստությունը, դրանով իսկ բարելավելով միացման կտրման ամրությունը:

Այս հոդվածում ներկայացվում է կարգավորվող օղակաձև ռեժիմի լազերի ազդեցությունը միջմետաղական միացությունների ձևավորման և մեխանիկական հատկությունների վրա IF պողպատի և 1050 ալյումինի հեռակառավարվող լազերային եռակցման ժամանակ: Հետազոտության արդյունքները ցույց են տալիս, որ հաղորդունակության ռեժիմում միջուկ/օղակ հզորության 0.2 հարաբերակցությունը ապահովում է ավելի մեծ եռակցման միջերեսային միացման մակերես, ինչը արտացոլվում է 97.6 Ն/մմ2 առավելագույն կտրման ամրությամբ (միացման արդյունավետությունը՝ 71%): Բացի այդ, 1-ից մեծ հզորության հարաբերակցություն ունեցող գաուսյան փնջերի համեմատ, սա զգալիորեն նվազեցնում է Fe2Al5 միջմետաղական միացության (ՄՄԱ) հաստությունը 62%-ով և ՄՄԱ-ի ընդհանուր հաստությունը՝ 40%-ով: Պերֆորացիայի ռեժիմում դիտվել են ճաքեր և ավելի ցածր կտրման ամրություն՝ հաղորդունակության ռեժիմի համեմատ: Հարկ է նշել, որ եռակցման կարում նկատվել է հատիկների զգալի մաքրում, երբ միջուկ/օղակ հզորության հարաբերակցությունը կազմել է 0.5:

Երբ r=0 է, առաջանում է միայն ցիկլի էներգիա, մինչդեռ երբ r=1 է, առաջանում է միայն միջուկի էներգիա։

Գաուսյան և օղակաձև ճառագայթների միջև հզորության հարաբերակցության r սխեմատիկ դիագրամ

(ա) Եռակցման սարք։ (բ) Եռակցման պրոֆիլի խորությունը և լայնությունը։ (գ) Նմուշի և հարմարանքի կարգավորումների ցուցադրման սխեմատիկ դիագրամ

MC թեստ. Միայն գաուսյան ճառագայթի դեպքում է, որ եռակցման կարը սկզբում մակերեսային հաղորդականության ռեժիմում է (ID 1 և 2), ապա անցնում է մասնակիորեն թափանցող փականային անցքի ռեժիմի (ID 3-5), որի արդյունքում առաջանում են ակնհայտ ճաքեր: Երբ օղակի հզորությունը 0-ից բարձրանում է մինչև 1000 Վտ, ID 7-ում ակնհայտ ճաքեր չեն եղել, և երկաթի հարստացման խորությունը համեմատաբար փոքր է եղել: Երբ օղակի հզորությունը բարձրանում է մինչև 2000 և 2500 Վտ (ID 9 և 10), հարուստ երկաթի գոտու խորությունը մեծանում է: 2500 Վտ օղակի հզորության դեպքում առաջանում են չափազանց ճաքեր (ID 10):

ՄՌՏ փորձարկում. Երբ միջուկի հզորությունը 500-ից 1000 Վտ է (ID 11 և 12), եռակցման կարը գտնվում է հաղորդչական ռեժիմում։ ID 12-ը և ID 7-ը համեմատելիս, չնայած ընդհանուր հզորությունը (6000 Վտ) նույնն է, ID 7-ը կիրառում է փակման անցքի ռեժիմ։ Սա պայմանավորված է ID 12-ում հզորության խտության զգալի նվազմամբ՝ գերիշխող օղակի բնութագրի պատճառով (r=0.2): Երբ ընդհանուր հզորությունը հասնում է 7500 Վտ-ի (ID 15), կարելի է հասնել լրիվ ներթափանցման ռեժիմի, և ID 7-ում օգտագործվող 6000 Վտ-ի համեմատ, լրիվ ներթափանցման ռեժիմի հզորությունը զգալիորեն մեծանում է։

Ինտեգրալ սխեմայի փորձարկում. Հաղորդակցման ռեժիմը (ID 16 և 17) ձեռք է բերվել 1500 Վտ միջուկի հզորության և 3000 Վտ և 3500 Վտ օղակի հզորության դեպքում: Երբ միջուկի հզորությունը 3000 Վտ է, իսկ օղակի հզորությունը՝ 1500 Վտ-ից մինչև 2500 Վտ (ID 19-20), հարուստ երկաթի և հարուստ ալյումինի միջև միջերեսում առաջանում են ակնհայտ ճաքեր, որոնք առաջացնում են տեղային թափանցող փոքր անցքերի նախշ: Երբ օղակի հզորությունը 3000 և 3500 Վտ է (ID 21 և 22), ձեռք է բերվում լիարժեք թափանցման անցքի ռեժիմ:

Յուրաքանչյուր եռակցման նույնականացման ներկայացուցչական լայնական կտրվածքի պատկերներ օպտիկական մանրադիտակի տակ

Նկար 4. (ա) Եռակցման փորձարկումներում ձգման առավելագույն ամրության (UTS) և հզորության հարաբերակցության միջև եղած կապը. (բ) Բոլոր եռակցման փորձարկումների ընդհանուր հզորությունը

Նկար 5. (ա) Ասպեկտի հարաբերակցության և UTS-ի միջև կապը։ (բ) Երկարացման և ներթափանցման խորության և UTS-ի միջև կապը։ (գ) Հզորության խտությունը բոլոր եռակցման փորձարկումների համար

Նկար 6. (ac) Վիկերսի միկրոկարծրության ինդենտային ուրվագծի քարտեզը։ (df) Ներկայացուցչական հաղորդչական ռեժիմով եռակցման համար համապատասխան SEM-EDS քիմիական սպեկտրները։ (g) Պողպատի և ալյումինի միջև միջերեսի սխեմատիկ դիագրամը։ (h) Fe2Al5 և հաղորդչական ռեժիմով եռակցումների ընդհանուր IMC հաստությունը։

Նկար 7. (ac) Վիկերսի միկրոկարծրության ինդենտային ուրվագծի քարտեզ; (df) Համապատասխան SEM-EDS քիմիական սպեկտրը ներկայացուցչական տեղային թափանցման պերֆորացիայի ռեժիմով եռակցման համար

Նկար 8. (ac) Վիկերսի միկրոկարծրության ինդենտային ուրվագծի քարտեզ; (df) Համապատասխան SEM-EDS քիմիական սպեկտրը ներկայացուցչական լրիվ թափանցող պերֆորացիայի ռեժիմով եռակցման համար

Նկար 9. EBSD գրաֆիկը ցույց է տալիս երկաթով հարուստ շրջանի (վերին թիթեղի) հատիկի չափը լրիվ թափանցման պերֆորացիայի ռեժիմի փորձարկման ժամանակ և քանակականացնում է հատիկի չափի բաշխումը։

Նկար 10. Հարուստ երկաթի և հարուստ ալյումինի միջև միջերեսի SEM-EDS սպեկտրները

Այս ուսումնասիրությունը ուսումնասիրել է ARM լազերի ազդեցությունը IF պողպատ-1050 ալյումինե համաձուլվածքի տարբեր շրջանաձև եռակցված միացումներում IMC-ի ձևավորման, միկրոկառուցվածքի և մեխանիկական հատկությունների վրա: Ուսումնասիրությունը դիտարկել է երեք եռակցման ռեժիմներ (հաղորդման ռեժիմ, տեղային ներթափանցման ռեժիմ և լրիվ ներթափանցման ռեժիմ) և երեք ընտրված լազերային ճառագայթի ձևեր (գաուսյան ճառագայթ, օղակաձև ճառագայթ և գաուսյան օղակաձև ճառագայթ): Հետազոտության արդյունքները ցույց են տալիս, որ գաուսյան ճառագայթի և օղակաձև ճառագայթի համապատասխան հզորության հարաբերակցության ընտրությունը ներքին մոդալ ածխածնի ձևավորման և միկրոկառուցվածքի վերահսկման հիմնական պարամետր է, որի շնորհիվ առավելագույնի են հասցվում եռակցման մեխանիկական հատկությունները: Հաղորդման ռեժիմում 0.2 հզորության հարաբերակցությամբ շրջանաձև ճառագայթը ապահովում է եռակցման լավագույն ամրությունը (71% միացման արդյունավետություն): Պերֆորացիայի ռեժիմում գաուսյան ճառագայթը ապահովում է ավելի մեծ եռակցման խորություն և ավելի բարձր ասպեկտի հարաբերակցություն, սակայն եռակցման ինտենսիվությունը զգալիորեն նվազում է: 0.5 հզորության հարաբերակցությամբ օղակաձև ճառագայթը զգալի ազդեցություն ունի եռակցման կարի պողպատե կողային հատիկների մաքրման վրա: Սա պայմանավորված է օղակաձև ճառագայթի ցածր գագաթնակետային ջերմաստիճանով, որը հանգեցնում է ավելի արագ սառեցման արագության, ինչպես նաև Al լուծված նյութի եռակցման կարի վերին հատվածի ուղղությամբ հատիկների կառուցվածքի աճի սահմանափակման ազդեցությամբ: Վիկերսի միկրոկարծրության և Thermo Calc-ի կողմից փուլային ծավալի տոկոսի կանխատեսման միջև կա ուժեղ կապ: Որքան մեծ է Fe4Al13-ի ծավալային տոկոսը, այնքան բարձր է միկրոկարծրությունը: