Etudes mécaniques, microstructurales et rupture sur inconel 825

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5321 (2023) Citer cet article

875 accès

1 Citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

Cet article présente une nouvelle méthode qui utilise le procédé de fabrication additive à l'arc filaire basé sur le transfert de métal à froid pour fabriquer des parois en Inconel 825-SS316L à gradient fonctionnel. La micrographie optique de l'Inconel 825 présente des structures dendritiques continues et discontinues. La région SS316L comprend 5 % de δ-ferrite dans les dendrites austénitiques primaires (γ), ce qui a été confirmé par le rapport Creq/Nieq de 1,305. L'interface fonctionnellement graduée révèle une zone partiellement mixte avec une transition des dendrites allongées aux fines dendrites équiaxes. Les propriétés de traction de la paroi fabriquée ont été déterminées à température ambiante à l'aide d'échantillons extraits d'Inconel 825, de SS316L et des régions d'interface. La morphologie des éprouvettes testées en traction a révélé une déformation plastique importante, indiquant une rupture ductile. La ténacité à la rupture du mur a été étudiée expérimentalement en utilisant le test de déplacement d'ouverture de pointe de fissure (CTOD). La morphologie de la rupture présentait un mode de rupture ductile avec des stries perpendiculaires à la direction de développement de la fissure. La cartographie élémentaire a révélé qu'il n'y avait aucune preuve de ségrégation élémentaire sur les surfaces fracturées et que les éléments étaient uniformément dispersés. Le CTOD mesure respectivement 0,853 mm, 0,873 mm côté Inconel 825 et côté SS316L. Les résultats des tests confirment que les côtés Inconel 825 et SS316L ont une bonne ténacité à la rupture.

Tout au long de l'histoire, la capacité de comprendre et de manipuler les matériaux a été essentielle à l'avancement de la technologie. Les scientifiques et les ingénieurs d'aujourd'hui comprennent la valeur des nouveaux matériaux en termes d'économie et d'environnement. Les matériaux à gradient fonctionnel (FGM) sont des zones sophistiquées et extrêmement fonctionnelles dans une pièce qui présentent un changement constant dans la composition élémentaire, résultant en des propriétés mécaniques ou thermiques nouvelles et personnalisées1. La capacité de développer des matériaux aux propriétés améliorées qui conviennent à une variété d'applications, y compris l'aérospatiale, la marine, l'ingénierie nucléaire et les revêtements de protection à haute température, a considérablement accru l'attention portée aux MGF2. La taille et les caractéristiques structurelles sont deux facteurs qui peuvent être utilisés pour classer les matériaux dégradés. Les dégradés peuvent être volumineux ou de section mince (comme les revêtements de surface), qui nécessitent des techniques de traitement distinctes. Ils sont séparés en deux groupes : continus et discontinus, selon la structure. Dans les matériaux à gradients discontinus, la microstructure ou la composition chimique varie progressivement et l'interface est généralement perceptible et observable. Au contraire, dans les matériaux à gradients continus, la composition chimique ou la microstructure change continuellement avec la position, ce qui rend presque impossible de percevoir une limite distincte comme interface à travers la structure graduée3.

Récemment, de nombreux chercheurs se sont concentrés sur les MGF à base de métal. Sobczak et al.4 ont discuté des processus de fabrication fondamentaux des FGM à base de métal. Domack et al.5 ont utilisé trois techniques de fabrication distinctes pour créer l'Inconel 718-Ti–6Al–4V FGM. Il a été rapporté que les échantillons de dépôt direct de métal par laser présentaient une ségrégation élémentaire notable et des microstructures dendritiques grossières. En utilisant le soudage par transfert de métal à froid, Tian et al.6 ont examiné le comportement mécanique et microstructural d'alliages dissemblables Ti–6Al–4 V et AlSi5 et ont trouvé une fissure dans la couche d'interface. Il prend naissance au niveau de la couche d'interface et s'étend du côté Al en raison de la différence de retrait d'alliage entre Al et Ti. Niendorf et al.7 ont rapporté que la fusion laser sélective (SLM) est utilisée pour fabriquer des pièces en acier inoxydable avec une variété de fonctionnalités locales. Ils ont découvert qu'un gradient microstructural abrupt conduit à des propriétés mécaniques locales distinctes. Il a été démontré que le dépôt d'énergie dirigée pouvait être utilisé pour fabriquer des FGM à partir d'Inconel 625 et de SS304L et que les caractéristiques et les modèles thermodynamiques de ces matériaux ont été étudiés par Carroll et al.8. Les alliages Inconel sont difficiles à travailler car ils ont tendance à durcir pendant le traitement et à adhérer aux outils de coupe9,10. L'Inconel825 et le SS316L étaient des matériaux austénitiques à haute teneur en chrome, qui offrent une excellente résistance à la corrosion à haute température11. Des fissures de solidification peuvent se produire lors du soudage par fusion de ces deux matériaux. Le procédé WAAM basé sur le transfert de métal à froid (CMT) peut être utilisé pour éviter ce problème12. Le procédé CMT est un procédé de soudage à l'arc sous gaz modifié qui a été développé en 2004 par Fronius International, Autriche. Comme son nom l'indique, le WAAM basé sur CMT est un processus dans lequel le métal en fusion est transféré avec un très faible apport de chaleur pour fabriquer le mur. Le système d'automatisation intelligent et une tête de soudage avec un contrôleur intégré éloignent la charge du bain de fusion lorsqu'elle entre en contact, transférant mécaniquement le métal en fusion, réduisant ainsi la quantité de chaleur impliquée. De plus, pour augmenter la vitesse de refroidissement, des ailettes en aluminium et des soufflantes sont installées sous le porte-substrat. Cela améliore la qualité des pièces imprimées. De plus, le processus WAAM basé sur CMT fournit un arc inébranlable, une meilleure stabilité du processus et une dilution limitée13. Par conséquent, le WAAM basé sur CMT est un processus de fabrication additive hautement spécialisé avec un énorme potentiel de production de masse en raison de son taux de dépôt plus élevé, ce qui permet une fabrication plus rapide que tout autre processus de fabrication additive.

La ténacité à la rupture est une propriété importante qui indique sa résistance aux fissures et estime la quantité de contrainte nécessaire pour propager un défaut déjà existant. Lors du traitement, de la fabrication ou de l'entretien d'un composant, les défauts ne peuvent pas être complètement évités.

On pense que le déplacement de l'ouverture de la pointe de la fissure (CTOD) est le critère le plus important pour évaluer la ténacité à la rupture des assemblages soudés en acier. Leng et al.14 ont exploré la corrélation entre la ténacité à la rupture et la morphologie des soudures S335G10 + N à l'aide du CTOD. Il a été constaté que le CTOD diminue à mesure que la taille moyenne des grains augmente. Guo et al.15 ont expérimenté différentes régions de soudures 9Cr et Cr–Mo–V. Ils ont observé que la ténacité à la rupture du côté Cr-Mo-V était significativement supérieure à celle du côté 9Cr. Wang et al.16 ont étudié les caractéristiques de rupture et la morphologie des soudures en acier inoxydable A508 et 316L. Une fracture ductile impliquant la nucléation, la croissance et la coalescence de micropores a été signalée. De plus, il a été constaté que le chemin de fracture des soudures était significativement influencé par l'orientation des cristaux d'austénite colonnaire dans la soudure. Li et al.17 ont étudié les caractéristiques de rupture des soudures Fe3Al et Cr18-Ni8. Il a été constaté que l'ouverture de la fissure est située du côté Fe3Al, qui contient un nombre important de déformations. Seul un petit nombre de fissures se sont propagées horizontalement jusqu'à la zone de fusion et se sont terminées au niveau de la soudure. La majorité des fissures ont continué à s'étendre le long de la zone de fusion. La fissuration dans un revêtement à gradient fonctionnel a été étudiée par Bao et al.18. L'impact des non-homogénéités matérielles sur les facteurs d'intensité de stress a été exploré dans leurs études. L'analyse CTOD a été utilisée pour évaluer la ténacité à la rupture du matériau à température ambiante en utilisant la norme BS7448, malgré plusieurs autres méthodes. La méthode J-Integral utilisant l'intégrale de ligne est difficile et peu fiable. La méthode CTOD dérivée du déplacement de l'embouchure de la fissure est plus adaptée au calcul de la ténacité à la rupture19,20,21,22,23,24.

Bien que le WAAM basé sur CMT soit capable de fabriquer des composants sans défaut, des défauts peuvent survenir pendant son service dans des industries telles que le transport du pétrole et du gaz. Pour cette raison, l'évaluation du comportement à la rupture des composants est cruciale pour assurer leur sécurité. La ténacité à la rupture des murs FGM fabriqués avec du WAAM à base de CMT n'a pas été rapportée. Cette recherche vise à évaluer le comportement à la rupture des parois fonctionnellement graduées en Inconel 825-SS316L fabriquées à l'aide du WAAM basé sur CMT. Les parois fabriquées ont été analysées pour la microstructure, la morphologie de la fracture et les inclusions près de la zone de fracture afin de déterminer leur ténacité à la fracture.

L'Inconel 825 a une structure austénitique stable et contient de petites quantités de molybdène, de titane et de cuivre. La composition élémentaire de l'alliage est conçue pour fonctionner dans des environnements extrêmement corrosifs. La teneur élevée en nickel offre une grande résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte. Le nickel, associé au molybdène et au cuivre, agit comme une barrière protectrice en réduisant la présence d'acides nocifs dans l'environnement. Le chrome offre une résistance à la corrosion et aux agents oxydants indésirables. Le titane stabilise l'alliage contre la sensibilisation, lui permettant de résister à la détérioration intergranulaire. Aux températures cryogéniques, la nature austénitique du SS316L empêche la sensibilisation [23, 24]. Les compositions chimiques des fils-électrodes utilisés dans le processus de fabrication ont été déterminées par spectroscopie et sont résumées dans le tableau 1.

Le mur tel que construit de la Fig. 1 mesure 160 mm de longueur, 120 mm de largeur et 16 mm d'épaisseur. Il a été construit par transfert de gouttelettes de vingt couches d'Inconel 825 suivies de vingt couches de SS316L. Le transfert de gouttelettes a été réalisé à l'aide de fils d'apport de 1,4 mm de diamètre. Chaque couche est construite sur une hauteur de 4 mm. Sur la base de notre étude précédente25, les variables du processus CMT-WAAM ont été sélectionnées (tableau 2).

Mur tel que construit montrant (a) la hauteur (b) la largeur (c) l'épaisseur.

Le métal en fusion est transféré avec un très faible apport de chaleur pour former la paroi. Pour augmenter le taux de refroidissement, des ailettes en aluminium ainsi qu'un ventilateur sont installés sous le support de substrat. La procédure de construction du mur a été entièrement programmée et réalisée par un robot CMT entièrement automatisé qui a construit le mur en continu sans interruption. En conséquence, il n'y a pas de temps d'arrêt entre les couches qui sont construites. Le processus a été interrompu après la construction de 20 couches de paroi Inconel 825 pour faire passer le fil-électrode d'Inconel 825 à SS316L. Avant de déposer le matériau SS316L, la couche supérieure de la paroi Inconel 825 a été chauffée avec une torche de soudage à gaz jusqu'à ce qu'elle soit chauffée au rouge pour assurer une forte adhérence à l'interface.

La microstructure de la paroi telle que déposée a été examinée par microscopie optique. L'évaluation microstructurale a été réalisée conformément à la norme ASTM E3-11 (2017) de l'American Society for Testing and Materials. Les échantillons extraits ont été exposés à 10 ml de HCL et 3 ml de H2O2 pendant 15 s. Afin de trouver le rapport d'équivalence Ni/Cr des échantillons SS316L, l'analyse EDS a été effectuée. L'essai de traction à température ambiante a été effectué selon la norme ASTM E8 sur les éprouvettes coupées dans le sens vertical (Fig. 2a) à l'aide de la machine à électroérosion à fil (WEDM)26,27,28. La spécification de l'éprouvette de traction est illustrée à la Fig. 2b.

(a) Emplacement des éprouvettes de traction (b) Spécification des éprouvettes de traction.

L'évaluation de la ténacité à la rupture a été réalisée à l'aide du test CTOD, conformément à la norme ASTM E1290-8929. Deux échantillons ont été préparés en sectionnant les parois fabriquées le long de l'interface, l'une avec une encoche sur la région Inconel 825 (Fig. 3a) et l'autre avec une encoche sur la région SS316L (Fig. 3b).

Échantillon de ténacité à la rupture entaillé à (a) Inconel 825 (b) SS316L.

L'orientation L – T extrait plus d'énergie que toute autre orientation, ce qui lui confère une plus grande ténacité à la rupture. L'entaille est coupée parallèlement à la direction de l'épaisseur de l'éprouvette. La profondeur usinée de l'entaille était de 45 à 55 % de l'épaisseur de l'échantillon et l'angle de l'entaille était de 30 °. . Pour annuler les effets d'entaille pendant le processus de fissuration, l'entaille usinée doit être suffisamment profonde et étroite pour n'avoir aucun effet de racine d'entaille sur la formation de la fissure. Afin de minimiser les dommages à la région environnante30, WEDM est recommandé pour l'usinage de l'entaille. Selon la norme ASTM E-399, la force de pré-fissuration terminale (Pf) utilisée pour pré-fissurer l'échantillon est calculée à l'aide de l'Eq. (1)25.

où S—portée de chargement (mm), B—épaisseur de l'éprouvette (mm), σy—limite d'élasticité, b = W − ao, où W—profondeur de l'éprouvette et ao—longueur de l'entaille.

Les charges de préfissuration terminales calculées de 2,66 kN et 2,34 kN ont été appliquées aux éprouvettes Inconel 825 et SS316L, respectivement. Le chargement a été effectué à 2 mm/min. La longueur de pré-fissure sur les deux éprouvettes entaillées mesure 2 mm. Après que l'échantillon ait été pré-fissuré, le test CTOD a été effectué. Le déplacement de l'ouverture de la pointe de la fissure par rapport à sa position d'origine a été déterminé à l'aide d'une jauge à clip à bouche de fissure. La courbe PS a été générée tout au long de la procédure (où P désigne la charge appliquée et S désigne le déplacement de l'ouverture de la pointe de la fissure). L'analyse par microscopie électronique à balayage (SEM) a été utilisée pour étudier la surface fracturée des spécimens. La cartographie élémentaire par spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) étudie la ségrégation élémentaire au niveau des surfaces fracturées. Une analyse par balayage linéaire EDS a été effectuée pour déterminer la présence d'intermétalliques ou de phases secondaires à la surface fracturée.

La micrographie optique de l'Inconel 825 (Fig. 4a) représente des dendrites cellulaires continues et discontinues. Les deux microstructures présentent la même direction de croissance et apparaissent séquentiellement. Aux joints de grains, il y avait peu de phases secondaires. En raison de la composition de l'alliage d'Inconel 825, le développement de carbures est inévitable à des températures élevées. Étant une solution solide, il a été prédit que de nombreux précipités de Ti (N, C) se produiraient dans l'Inconel 825. Comme il s'agit d'un processus de transfert de métal à froid, la possibilité de formation d'une phase secondaire est très moindre31. D'après l'analyse EDS de SS316L, le Creq/Nieq s'est avéré être de 1,305. Cela confirme que le côté SS316L comprend 5% de δ-ferrite dans les dendrites austénitiques primaires (γ) (Fig. 4b)32,33.

Micrographie optique de (a) Inconel 825 (b) SS316L (c) Interface.

La micrographie de l'interface de paroi fonctionnellement graduée révèle une zone partiellement mixte (Fig. 4c). Il montre également une transition microstructurale des dendrites allongées aux fines dendrites équiaxes. À l'interface, aucun des défauts courants tels que les fissures, la fusion partielle ou le délaminage n'est présent.

Les propriétés de traction des murs fabriqués ont été déterminées à l'aide des résultats des essais de traction, comme indiqué sur les figures 5a, b. Les résistances à la traction de l'Inconel 825 et du SS316L sont comparables à celles des alliages corroyés34. Les valeurs maximales de l'écart type (UTS : 0,35 % et YS : 1,51 %) sont bien inférieures, ce qui confirme que les résultats de l'essai de traction sont dans la limite acceptable.

Propriétés de traction de l'Inconel 825 tel que déposé, Interface et SS316L (a) Valeurs moyennes (b) Écart-type avec barre d'erreur.

Les propriétés de traction (UTS, YS et pourcentage d'allongement) de l'interface sont légèrement inférieures à celles de l'Inconel 825 et du SS316L. Cela peut être dû au faible apport de chaleur et aux vitesses de refroidissement plus rapides du procédé CMT-WAAM qui laisse moins de temps aux éléments tels que Mo et Cr pour se diffuser, entraînant un mélange partiel25.

La figure 6a–f montre les micrographies SEM de la surface fracturée pendant l'essai de traction. Les figures 6a à c révèlent la zone de striction créée par la déformation plastique. La région du rétrécissement des échantillons Inconel 825, interface et SS316L est représentée à un grossissement plus élevé (Fig. 6d – f). Dans tous les spécimens, un grand nombre de fossettes ont été observées, indiquant que la rupture était due à des mécanismes ductiles.

Surface fracturée de (a) Inconel 825 (b) Interface (c) SS316L Vue agrandie de la région rétrécie (d) Inconel 825 (e) Interface (f) SS316L.

Le fractographe de traction (Fig. 6d) de l'échantillon en Inconel 825 indique une forme fibreuse ductile de rupture. La microscopie électronique à balayage montre la présence d'une phase de laves groupées et de micro-vides malgré les caractéristiques de traction améliorées. Le fractogramme de l'interface (Fig. 6e) révèle qu'il y avait suffisamment de déformation plastique avant la rupture, ce qui indique une rupture ductile. De fines fossettes et de petites cavités ont été observées sur le fractographe de la région SS316L (Fig. 6f) ce qui confirme le mode de rupture ductile. Les fossettes sont des ouvertures peu profondes contrairement aux vides. Les fossettes produites par un processus de coalescence de micro-vides peuvent être extrêmement peu profondes, avec des cupules aussi petites que quelques nanomètres35.

Une encoche en V a été coupée dans la direction L – T car l'échantillon absorbe plus d'énergie lorsque les fissures se développent dans cette direction. Les paramètres expérimentaux et les valeurs CTOD mesurées sont répertoriés dans le tableau 3.

Les graphiques des Fig. 7a, b montrent les courbes P – S de l'échantillon à encoche latérale Inconel 825 et de l'échantillon à encoche latérale SS316L, respectivement. Dans les deux spécimens, la valeur de charge maximale a été atteinte, ce qui a entraîné une plastification significative et une extension stable de la fissure. Les résultats du tableau 3 montrent que les valeurs de CTOD ne diffèrent que légèrement entre les deux spécimens. La valeur de charge maximale à la rupture côté Inconel 825 est supérieure de 18 % à celle du côté SS316L. Cela est dû à la concentration plus élevée de nickel dans l'Inconel 825 qui améliore la ténacité et la résistance en affinant la taille des grains36. La valeur CTOD du côté SS316L est supérieure de 2,3 % à celle du côté Inconel825, ce qui indique une propagation de fissure relativement plus rapide du côté SS316L. Les valeurs de résistance à la rupture des murs sont très similaires à celles des versions coulées de leurs métaux de base (Inconel 825 et SS316L)37,38.

Courbe de déplacement de l'ouverture du fond de fissure (a) Inconel 825 (b) SS316L.

Les surfaces de fracture des spécimens de courbure entaillée à un seul bord (SENB) ont été étudiées à l'aide d'une analyse SEM. La figure 8a,b représente la vue macro de la surface fracturée, qui montre la pré-fissure, la croissance stable de la fissure et les zones de fracture finales de l'échantillon Inconel 825 et de l'échantillon SS316L respectivement.

Images SEM montrant différentes zones de croissance de fissures (a) Inconel 825 (b) SS316L.

La figure 9a,b montre les stries sur les chemins de fracture, qui indiquent la croissance incrémentielle d'une fissure et la direction dans laquelle la fissure se propage. En raison de l'état complexe de chargement dans ces matériaux, il n'est pas possible d'établir une relation directe entre l'espacement des stries et la croissance des fissures dans les FGM39. force. Les vides continuent de se dilater et se connectent à la fissure primaire.

Micrographie SEM montrant des stries (a) Inconel 825 (b) SS316L.

La figure 10a,b représente la morphologie de fracture ductile des spécimens à encoches latérales, ce qui indique que la nucléation et la formation de micro-vides se sont produites avant le début du processus d'ouverture de fissure. La nucléation, la croissance et la coalescence des micro-vides peuvent être utilisées pour caractériser le mécanisme de croissance des fissures dans les matériaux ductiles.

Micrographie SEM de la surface de rupture rapide (a) Inconel 825 (b) SS316L.

L'analyse EDS a été effectuée sur la surface fracturée des échantillons Inconel 825 et SS 316L. Les cartes EDS (Fig. 11a – h) et les spectres (Fig. 12) de la région encochée d'Inconel 825 montrent une composition élémentaire globale de 44 % en poids de Ni, 23 % en poids de Cr, 18 % en poids de Fe et d'autres alliages. La cartographie révèle que la surface fracturée est dominée par des éléments comme Ni, Cr et Fe sur les autres éléments.

( a – h ) Cartographie élémentaire EDS de la région Inconel 825 fracturée.

Spectre élémentaire EDS et quantification de la région Inconel 825.

De même, les cartes EDS (Fig. 13a – h) et les spectres (Fig. 14) de la région SS316L encochée montrent une composition élémentaire globale de 16 % en poids de Ni, 18 % en poids de Cr, 46 % en poids de Fe et d'autres alliages. Il a été constaté que la composition du mur fabriqué est similaire à la composition du métal de base, démontrant la fabrication efficace du mur fonctionnellement gradué avec de bonnes propriétés.

( a – h ) Cartographie élémentaire EDS de la région SS316L fracturée.

Spectre élémentaire EDS et quantification de la région SS316L.

De plus, les cartes élémentaires confirment qu'il n'y avait aucune preuve de ségrégation élémentaire au niveau des surfaces fracturées des échantillons d'Inconel 825 et SS316L entaillés et que les éléments étaient dissous de manière uniforme, ce qui confirme que les métaux à l'interface sont fortement liés.

Le processus WAAM basé sur CMT est utilisé pour construire des murs à gradation fonctionnelle, et les caractéristiques de transfert de métal indiquent l'utilisation réussie du WAAM pour produire des composants structurellement sains. La ténacité à la rupture de deux éprouvettes graduées fonctionnellement avec des encoches sur les faces Inconel 825 et SS316L a été évaluée à l'aide de la méthode CTOD et de la géométrie de l'éprouvette SENB. Les conclusions suivantes sont arrivées :

L'échantillon fabriqué d'Inconel 825 a des microstructures dendritiques cellulaires continues et discontinues, tandis que l'échantillon SS316L a de l'austénite et 5 % de ferrite delta dans sa microstructure.

Le fractographe de traction Inconel 825 et SS316L a révélé une déformation plastique considérable, indiquant un mode de rupture ductile.

Les résultats des tests de ténacité montrent qu'il n'y a pas de différence notable dans les valeurs de CTOD (0,853 mm pour la face Inconel 825 et 0,873 mm pour la face SS316L).

Les valeurs de ténacité à la rupture diffèrent par une marge significative les unes des autres ; L'Inconel 825 a une ténacité à la rupture de 36 Mpa\(\sqrt {\text{m}}\), tandis que le SS316L a une ténacité à la rupture de 31,6 Mpa\(\sqrt {\text{m}}\).

La morphologie de rupture des deux spécimens à encoche latérale indique qu'ils ont été fracturés en mode ductile avec des stries perpendiculaires à la direction de développement de la fissure.

Sur la base des résultats de la recherche, l'interface du mur Inconel 825-SS316L a de bonnes propriétés de rupture et peut être utilisée dans des environnements difficiles.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié.

Reddy, JN Analyse de plaques fonctionnellement graduées. Int. J. Numer. Méthodes Ing. 47, 663–684. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0207(20000110/30)47:1/3%3C663::AID-NME787%3E3.0.CO;2-8 (2000).

Article MATH Google Scholar

Koizumi, M. Activités MGF au Japon. Compos. B. Ing. 28(1–2), 1–4. https://doi.org/10.1016/S1359-8368%2896%2900016-9 (1997).

Article Google Scholar

Reza, G. & Homam, NM Fabrication additive de matériaux métalliques fonctionnellement gradués : examen d'études expérimentales et numériques. J. Mater. Rés. Technol. 13, 1628-1664. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.05.022 (2021).

Article CAS Google Scholar

Sobczak, JJ & Drenchev, L. Matériaux métalliques à gradient fonctionnel : une classe spécifique de composites avancés. J. Mater. Sci. Technol. 29, 297–316. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2013.02.006 (2013).

Article CAS Google Scholar

Domack, MS & Baughman, JM Développement de composants de composition graduée en nickel-titane. Prototype rapide. J. 11, 41–51. https://doi.org/10.1108/13552540510573383 (2005).

Article Google Scholar

Tian, YB, Shen, JQ, Hu, SS, Wang, ZJ & Gou, J. Microstructure et propriétés mécaniques des alliages Ti–6Al–4V et AlSi5dissimilaires fabriqués par additif de fil et d'arc en utilisant le soudage par transfert de métal à froid. J. Manuf. Processus. 46, 337–344. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.09.006 (2019).

Article Google Scholar

Niendorf, BT et al. Alliages à gradient fonctionnel obtenus par fabrication additive. Adv. Ing. Mater. 16, 857–861. https://doi.org/10.1002/adem.201300579 (2014).

Article CAS Google Scholar

Carroll, BE et al. Matériau à gradient fonctionnel d'acier inoxydable 304L et d'Inconel 625 fabriqué par dépôt d'énergie dirigé : Caractérisation et modélisation thermodynamique. Acta Mater. 108, 46–54. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.02.019 (2016).

Article ADS CAS Google Scholar

Kumari, S. et al. Usinage par électroérosion du superalliage inconel 825 : effets du matériau de l'outil et du rinçage diélectrique. SILICIUM 10, 2079–2099. https://doi.org/10.1007/s12633-017-9728-5 (2018).

Article CAS Google Scholar

Venkatesh, G. & Chakradhar, D. Influence des paramètres d'usinage assisté thermiquement sur l'usinabilité du superalliage inconel 718. SILICIUM 9, 867–877. https://doi.org/10.1007/s12633-017-9568-3 (2017).

Article CAS Google Scholar

Senthil, TS, Puviyarasan, M., Ramesh Babu, S. & Ram, PT Études de corrosion par piqûres sur une paroi en Inconel 825-SS316L à grade fonctionnel fabriquée par fabrication additive à l'arc filaire. Ing. Rés. Express 4(3), 035013 (2022).

Annonces d'article Google Scholar

Senthil, TS, Puviyarasan, M., Ramesh, B. & Senthil, S. Caractérisation mécanique de l'additif d'arc de fil fabriqué et coulé Inconel 825 : Une étude comparative. Mater. Aujourd'hui Proc. 62, 973–976 (2022).

Article CAS Google Scholar

Deng, X., Lu, F., Cui, H., Tang, X. & Li, Z. Corrélation de la microstructure et comportement de croissance des fissures de fatigue dans un joint soudé 9Cr/CrMoV différent. Mater. Sci. Ing. A. 651, 1018-1030. https://doi.org/10.1016/J.MSEA.2015.11.081 (2016).

Article CAS Google Scholar

Leng, SW, Miao, ZM, Qiu, FX, Niu, LN & Miao, T. Analyse de la relation entre la ténacité CTOD et le micro-mécanisme des joints soudés en acier marin. Appl. Méca. Mater. 117–119, 1867–1873. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.117-119.1867 (2011).

Article CAS Google Scholar

Guo, Q. et al. Corrélation de la microstructure et de la ténacité à la rupture d'un joint soudé de manière différente 9Cr / CrMoV avancé. Mater. Sci. Ing. A. 638, 240-250. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.04.011 (2015).

Article CAS Google Scholar

Wang, HT, Wang, GZ, Xuan, FZ & Tu, ST Mécanisme de rupture d'un joint soudé en métal différent dans une centrale nucléaire. Ing. Échouer. Anal. 28, 134–148. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2012.10.005 (2013).

Article CAS Google Scholar

Li, Y., Ma, H. & Wang, J. Une étude de la fissure et de la fracture sur le joint de soudure de l'acier inoxydable Fe3Al et Cr18 – Ni8. Mater. Sci. Ing. A. 528(13–14), 4343–4347. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.02.070 (2011).

Article CAS Google Scholar

Bao, G. & Wang, L. Fissuration multiple dans les revêtements céramiques/métalliques fonctionnellement classés. Int. J. Structure des solides. 32, 2853–2871. https://doi.org/10.1016/0020-7683(94)00267-Z (1995).

Article MATH Google Scholar

BS7448. Essai de ténacité mécanique de la rupture partie 1. Méthode de détermination des valeurs KIC, CTOD critique et J critique des matériaux métalliques. BSI Londres. Royaume-Uni (1991).

BS7448. Essai de ténacité mécanique à la rupture partie 2. Méthode de détermination des valeurs KIC, CTOD critique et J critique des soudures dans les matériaux métalliques. BSI Londres. Royaume-Uni (1997).

BS7448. Essai de ténacité mécanique de la rupture Partie 4. Méthode de détermination des courbes de résistance à la rupture et des valeurs d'amorçage pour l'extension stable des fissures dans les matériaux métalliques (BSI, 1997).

Fang, ZT, Sun, B. & Li, CR Étude expérimentale sur la ténacité à la rupture CTOD des joints soudés en acier à basse température. Adv. Tapis. Rés. 328–330, 1272–1276. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.328-330.1272 (2011).

Article CAS Google Scholar

Elsayed, AH, Megahed, MM, Sadek, AA & Abouelela, KM Caractérisation de la ténacité à la rupture de la fonte ductile austempered produite à l'aide de procédés de trempe conventionnels et en deux étapes. Mater. Dés. 30(6), 1866–1877. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2008.09.013 (2009).

Article CAS Google Scholar

Hutchinson, JW Principes fondamentaux de la théorie phénoménologique de la mécanique non linéaire de la rupture. J. Appl. Méca. 50(4b), 1042–1051. https://doi.org/10.1115/1.3167187 (1983).

Annonces d'article Google Scholar

Senthil, TS, Ramesh Babu, S., Puviyarasan, M. & Dhinakaran, V. Caractérisation mécanique et microstructurale de l'Inconel 825 - SS316L à gradient fonctionnel fabriqué à l'aide de la fabrication additive à l'arc filaire. J. Mater. Rés. Technol. 15, 661–669 (2021).

Article CAS Google Scholar

Anna, E., Mehmanparast, A., Supriyo, G., Javad, R. & Filippo, B. Enquête sur les propriétés mécaniques et de rupture des composants en acier à faible teneur en carbone fabriqués de manière additive par fil et arc. Théor. Appl. Fracturé. Méca. 109, 102685. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2020.102685 (2020).

Article CAS Google Scholar

Zhang, X., Chen, Y. & Liou, F. Fabrication de matériaux à gradient fonctionnel SS316L-IN625 par dépôt d'énergie dirigé alimenté en poudre. Sci. Technol. Souder. Rejoindre. 24(5), 504–516. https://doi.org/10.1080/13621718.2019.1589086 (2019).

Article CAS Google Scholar

Williams, SW et al. Fabrication additive Fil + Arc. Mater. Sci. Technol. 32(7), 641–647 (2016).

Article ADS CAS Google Scholar

ASTM E1290–89. Méthode d'essai standard pour le déplacement d'ouverture de la pointe de fissure (CTOD) Livre annuel de mesure de la ténacité à la rupture des normes ASTM. 03.01 (ASTM).

Lucon, E. Effet de l'usinage par décharge électrique (EDM) sur les résultats des tests charpy à partir d'échantillons d'acier miniaturisés. J.Test. Éval. 41, 1–9. https://doi.org/10.1520/JTE20120195 (2012).

Article CAS Google Scholar

Selvi, S., Vishvaksenan, A. & Rajasekar, E. Technologie de transfert de métal à froid (CMT) - Un aperçu. Déf. Technol. 14, 28–44. https://doi.org/10.1016/j.dt.2017.08.002 (2018).

Article Google Scholar

Chen, X. et al. Microstructure et propriétés mécaniques de l'acier inoxydable austénitique 316L fabriqué par fabrication additive à arc métallique sous gaz. Mater. Sci. Ing. A. 703, 567–577 (2017).

Article CAS Google Scholar

Schaeffler, AL Diagramme de constitution pour le métal fondu en acier inoxydable. Métal. Progrès. 56(11), 680 (1949).

CAS Google Scholar

ASTM. B425-11 Spécification standard pour les tiges et barres en alliage Ni–Fe–Cr–Mo–Cu (UNS N08825 et UNS N08221) (ASTM International, 2011).

Lynch, SP Aspects mécanistes et fractographiques de la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC). Woodhead Pub. Ser. Rencontré. Le surf. Ing. 3–89 (2011).

Xiong, ZH, Pang, XT, Liu, SL, Li, ZG & Misra, RDK Raffinement hiérarchique du titane microallié au nickel lors de la fabrication additive. Scr. Mater. 195, 113727 (2021).

Article CAS Google Scholar

A240/A240M-20a Spécification standard pour les plaques, feuilles et bandes en acier inoxydable au chrome et au chrome-nickel pour les récipients sous pression et pour les applications générales (ASTM International, 2020).

Chuluunbat, T., Lu, C., Kostryzhev, A. & Tieu, K. Enquête sur la fracture de l'acier des conduites X70 lors d'essais de traction à encoche sur un seul bord à l'aide de la surveillance des émissions acoustiques. Mater. Sci. Ing. A 640, 471–479. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.06.030 (2015).

Article CAS Google Scholar

Meyers, MA & Aimone, CT Fracture dynamique (écaillage) des métaux. Programme. Mater. Sci. 28, 1–96. https://doi.org/10.1016/0079-6425(83)90003-8 (1983).

Article CAS Google Scholar

Télécharger les références

Département de génie mécanique, Panimalar Engineering College, Anna University, Chennai, Tamil Nadu, Inde

TS Senthil & M. Puviyarasan

Département de génie mécanique, Sri Venkateswara College of Engineering, Sriperumbudur, Tamil Nadu, Inde

S. Ramesh Babu

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

TSS—Conceptualisation, Méthodologie, Expérimentation et Recherche. Rédaction originale (auteur correspondant). SRB—Validation, Analyse formelle, Supervision. MP—Visualisation, conservation des données, révision et édition.

Correspondance à TS Senthil.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Senthil, TS, Babu, SR et Puviyarasan, M. Études mécaniques, microstructurales et de rupture sur un mur à gradient fonctionnel en inconel 825 – SS316L fabriqué par fabrication additive à l'arc filaire. Sci Rep 13, 5321 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32124-3

Télécharger la citation

Reçu : 02 janvier 2023

Accepté : 22 mars 2023

Publié: 31 mars 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-32124-3

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.