نشكرك على زيارة موقع Nature.com ، إصدار المتصفح الذي تستخدمه يحتوي على دعم محدود لـ CSS ، وللحصول على أفضل تجربة ، نوصيك باستخدام متصفح محدث (أو إيقاف تشغيل وضع التوافق في Internet Explorer) ، وفي غضون ذلك ، لضمان استمرار الدعم ، سنعرض الموقع بدون تصميم وجافا سكريبت.
تم اقتراح آلية جديدة تعتمد على الانصهار الانتقائي بالليزر للتحكم في البنية المجهرية للمنتجات في عملية التصنيع ، وتعتمد الآلية على توليد موجات فوق صوتية عالية الكثافة في البركة المنصهرة عن طريق تشعيع ليزر معدّل الشدة المعقد ، وتُظهر الدراسات التجريبية والمحاكاة العددية أن آلية التحكم هذه مجدية تقنيًا ويمكن دمجها بشكل فعال في تصميم آلات الصهر بالليزر الانتقائية الحديثة.
نما التصنيع الإضافي (AM) للأجزاء المعقدة الشكل بشكل كبير في العقود الأخيرة ، ومع ذلك ، على الرغم من تنوع عمليات التصنيع المضافة ، بما في ذلك ذوبان الليزر الانتقائي (SLM) 1،2،3 ، ترسب المعادن بالليزر المباشر 4،5،6 ، ذوبان شعاع الإلكترون 7،8 وغيرها 9،10 ، قد تكون الأجزاء معيبة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى الخصائص المحددة لدورات الانصهار الحرارية العالية ، ومعدلات التسخين العالية المرتبطة بالتجميد الحراري ، ومعدلات التبريد المرتفعة المرتبطة بالتجميد الحراري. مما يؤدي إلى نمو الحبوب فوق المحور ومسامية كبيرة.تظهر النتائج أنه من الضروري التحكم في التدرجات الحرارية ، ومعدلات التبريد ، وتكوين السبيكة ، أو تطبيق صدمات فيزيائية إضافية من خلال المجالات الخارجية ذات الخصائص المختلفة (مثل الموجات فوق الصوتية) لتحقيق هياكل حبيبية متوازنة.
تهتم العديد من المنشورات بتأثير معالجة الاهتزازات على عملية التصلب في عمليات الصب التقليدية 14 ، 15 ، ومع ذلك ، فإن تطبيق مجال خارجي على الذوبان السائب لا ينتج البنية المجهرية للمادة المرغوبة ، فإذا كان حجم الطور السائل صغيرًا ، يتغير الوضع بشكل كبير ، وفي هذه الحالة ، يؤثر المجال الخارجي بشكل كبير على عملية التصلب. irring28 والتذبذب 29 ، أقواس البلازما النبضية 30 ، 31 وطرق أخرى 32. اربط الركيزة باستخدام مصدر خارجي عالي الكثافة بالموجات فوق الصوتية (عند 20 كيلو هرتز). يُعزى صقل الحبوب الناتج عن الموجات فوق الصوتية إلى زيادة منطقة التبريد الفرعي التركيبية بسبب انخفاض تدرج درجة الحرارة وتحسين الموجات فوق الصوتية لتوليد بلورات جديدة من خلال التجويف.
في هذا العمل ، بحثنا في إمكانية تغيير بنية حبيبات الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ عن طريق صوتنة البركة المنصهرة بالموجات الصوتية المتولدة من الليزر الذائب نفسه ، وقد تم دمج كثافة إشعاع الليزر الساقط على وسيط امتصاص الضوء في توليد موجات فوق صوتية ، مما يغير البنية المجهرية للمادة ، ويمكن دمج هذا التعديل لشدة إشعاع الليزر بسهولة في لوحات الفولاذ المكشوفة ثلاثية الأبعاد في لوحات SLM الحالية. . لذلك ، من الناحية الفنية ، تتم معالجة السطح بالليزر. ومع ذلك ، إذا تم إجراء مثل هذا العلاج بالليزر على سطح كل طبقة ، أثناء تراكم طبقة بطبقة ، يتم تحقيق التأثيرات على الحجم بأكمله أو على أجزاء محددة من الحجم. بمعنى آخر ، إذا تم إنشاء الجزء طبقة تلو طبقة ، فإن المعالجة السطحية بالليزر لكل طبقة تعادل "معالجة حجم الليزر".
بينما في العلاج بالموجات فوق الصوتية على أساس البوق ، يتم توزيع الطاقة فوق الصوتية لموجة الصوت الواقفة في جميع أنحاء المكون ، في حين أن كثافة الموجات فوق الصوتية التي يسببها الليزر تتركز بشكل كبير بالقرب من نقطة امتصاص إشعاع الليزر ، واستخدام سونوترود في آلة دمج طبقة المسحوق SLM معقد لأن السطح العلوي لطبقة المسحوق المعرضة لإشعاع الليزر يجب أن لا يكون ثابتًا على السطح ، بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يظل الجزء العلوي من الضغط على سطح المسحوق غير ثابت ، بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يظل الضغط السطحي ثابتًا على السطح المغلق. سرعة الجسيمات لها أقصى سعة على السطح العلوي للجزء بأكمله. لا يمكن أن يتجاوز ضغط الصوت داخل البركة المنصهرة بالكامل 0.1٪ من الضغط الأقصى الناتج عن رأس اللحام ، لأن الطول الموجي للموجات فوق الصوتية بتردد 20 كيلو هرتز في الفولاذ المقاوم للصدأ هو \ (\ sim 0.3 ~ \ text {m} \) ، وعادة ما يكون العمق أقل من \ (\ (\) تأثير التجويف \ ~ \).
وتجدر الإشارة إلى أن استخدام إشعاع الليزر المعدل في ترسيب المعادن بالليزر المباشر هو مجال نشط للبحث.
التأثير الحراري لحادث إشعاع الليزر على الوسط هو الأساس لجميع تقنيات الليزر تقريبًا 39 ، 40 لمعالجة المواد ، مثل القطع 41 ، واللحام ، والتصلب ، والحفر ، وتنظيف الأسطح ، وسبائك الأسطح ، وتلميع الأسطح ، وما إلى ذلك ، وقد حفز اختراع الليزر تطورات جديدة في تقنيات معالجة المواد ، وقد تم تلخيص النتائج الأولية في العديد من المراجعات والدراسات 44 ، 45 ، 46.
تجدر الإشارة إلى أن أي عمل غير ثابت على الوسط ، بما في ذلك عمل الليزر على وسط الامتصاص ، ينتج عنه إثارة الموجات الصوتية فيه بكفاءة أكثر أو أقل. في البداية ، كان التركيز الرئيسي على الإثارة بالليزر للموجات في السوائل وآليات الإثارة الحرارية المختلفة للصوت (التمدد الحراري ، والتبخر ، وتغيير الحجم أثناء انتقال الطور ، والانكماش ، وما إلى ذلك). التطبيقات.
تمت مناقشة هذه القضايا لاحقًا في العديد من المؤتمرات ، وله استخدامات الإثارة بالليزر للموجات فوق الصوتية في كل من التطبيقات الصناعية لتقنية الليزر 53 والطب ، لذلك ، يمكن اعتبار أن المفهوم الأساسي للعملية التي يعمل بها ضوء الليزر النبضي على وسط ممتص قد تم إنشاؤه ، ويستخدم الفحص بالموجات فوق الصوتية بالليزر للكشف عن عيوب العينات المصنعة SLM.
إن تأثير موجات الصدمات المولدة بالليزر على المواد هو أساس تأثير الصدمات بالليزر 57،58،59 ، والذي يستخدم أيضًا في المعالجة السطحية للأجزاء المصنعة مضافة .60 ومع ذلك ، فإن تقوية الصدمات بالليزر تكون أكثر فاعلية في نبضات الليزر النانوية والأسطح المحملة ميكانيكيًا (على سبيل المثال ، مع طبقة من السائل) لأن التحميل الميكانيكي يزيد من ضغط الذروة.
تم إجراء تجارب لاستقصاء التأثيرات المحتملة لمختلف المجالات الفيزيائية على البنية المجهرية للمواد الصلبة. يظهر الرسم التخطيطي الوظيفي للإعداد التجريبي في الشكل 1 ، وهو ليزر الحالة الصلبة Nd: YAG النبضي يعمل في وضع التشغيل الحر (مدة النبضة \ (\ tau _L \ sim 150 ~ \ upmu \ text {s} \)) تم استخدام مرشحات توزيع شعاع ليزر ذات كثافة محايدة ، وتم تمرير كل سلسلة من شعاع الليزر من خلال مرشحات كثافة محايدة. تختلف طاقة النبضة على الهدف من \ (E_L \ sim 20 ~ \ text {mJ} \) إلى \ (E_L \ sim 100 ~ \ text {mJ} \). يتم تغذية شعاع الليزر المنعكس من فاصل الحزمة إلى الثنائي الضوئي للحصول على البيانات المتزامنة ، واثنين من المسعرات (الصمامات الضوئية ذات وقت الاستجابة الطويل تتجاوز \ (1 ~ \ نص استجابة للهدف) \ (<10 ~ \ text {ns} \)) لتحديد الطاقة الضوئية المنعكسة والواقعة. تمت معايرة المقاييس الحرارية وعدادات الطاقة لإعطاء قيم بوحدات مطلقة باستخدام كاشف الحرارة Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 ومرآة عازلة مثبتة في موقع العينة. قم بتركيز الشعاع على الهدف باستخدام عدسة (طلاء نصي \ انعكاس لأعلى \ م / 160 \) )) وخصر شعاع على السطح المستهدف 60– \ (100 ~ \ upmu \ text {m} \).
رسم تخطيطي وظيفي للإعداد التجريبي: 1- ليزر ؛2 - شعاع الليزر.3 - مرشح الكثافة المحايدة ؛4 - الثنائي الضوئي المتزامن ؛5 - شعاع الفاصل.6 - الحجاب الحاجز.7 - كالوريمتر من شعاع الحادث.8 - مسعر شعاع منعكس ؛9 - عداد طاقة شعاع الحادث ؛10 - مقياس قوة الشعاع المنعكس ؛11 - عدسة التركيز ؛12 - مرآة13 - عينة14 - محول طاقة كهرضغطية عريض النطاق ؛15 - محول ثنائي الأبعاد ؛16 - تحديد موقع متحكم ؛17 - وحدة التزامن ؛18 - نظام اقتناء رقمي متعدد القنوات بمعدلات مختلفة لأخذ العينات ؛19- الحاسب الشخصي.
يتم إجراء العلاج بالموجات فوق الصوتية على النحو التالي: يعمل الليزر في وضع التشغيل الحر ؛وبالتالي فإن مدة نبضة الليزر هي \ (\ tau _L \ sim 150 ~ \ upmu \ text {s} \) ، والتي تتكون من فترات متعددة تبلغ تقريبًا \ (1.5 ~ \ upmu \ text {s} \) لكل منها. يتكون الشكل الزمني لنبضة الليزر وطيفها من مغلف منخفض التردد وتعديل عالي التردد ، مع تردد متوسط ​​\ (M) في الشكل 2. تبخر المادة ، بينما يوفر المكون عالي التردد الاهتزازات فوق الصوتية بسبب التأثير الضوئي الصوتي. يتم تحديد شكل الموجة لنبض الموجات فوق الصوتية الناتج عن الليزر بشكل أساسي من خلال الشكل الزمني لشدة نبضة الليزر.إنه من \ (7 ~ \ text {kHz} \) إلى \ (2 ~ \ text {MHz} \) ، والتردد المركزي \ (~ 0.7 ~ \ text {MHz} \). تم تسجيل النبضات الصوتية الناتجة عن التأثير الضوئي الصوتي باستخدام محولات طاقة كهرضغطية عريضة النطاق مصنوعة من أفلام فلوريد البولي فينيلدين. .
التوزيع الزمني لشدة نبضة الليزر (أ) وسرعة الصوت على السطح الخلفي للعينة (ب) ، أطياف نبضة الليزر (ج) والنبض فوق الصوتي (د) بمتوسط ​​أكثر من 300 نبضة ليزر (منحنى أحمر) لنبضة ليزر واحدة (منحنى أزرق).
يمكننا التمييز بوضوح بين مكونات المعالجة الصوتية ذات التردد المنخفض والعالي التردد المقابلة لمغلف التردد المنخفض لنبضة الليزر والتشكيل عالي التردد ، على التوالي. تتجاوز الأطوال الموجية للموجات الصوتية الناتجة عن مغلف نبض الليزر \ (40 ~ \ نص {سم} \) ؛لذلك ، من المتوقع أن يكون التأثير الرئيسي لمكونات النطاق العريض عالية التردد للإشارة الصوتية على البنية المجهرية.
العمليات الفيزيائية في SLM معقدة وتحدث في وقت واحد على نطاقات مكانية وزمنية مختلفة ، لذلك ، فإن الطرق متعددة المقاييس هي الأكثر ملاءمة للتحليل النظري لـ SLM. يجب أن تكون النماذج الرياضية في البداية متعددة فيزيائية ، ويمكن بعد ذلك وصف الميكانيكا والفيزياء الحرارية لوسط متعدد الأطوار "ذوبان صلب سائل" يتفاعل مع جو غاز خامل.
معدلات تسخين وتبريد تصل إلى \ (10 ​​^ 6 ~ \ text {K} / \ text {s} \) / \ text {بسبب تشعيع الليزر المحلي بكثافة طاقة تصل إلى \ (10 ​​^ {13} ~ \ text {W} cm} ^ 2 \).
تستمر دورة التصلب الذوبان بين 1 و \ (10 ​​~ \ text {ms} \) ، مما يساهم في التصلب السريع لمنطقة الذوبان أثناء التبريد.
ينتج عن التسخين السريع لسطح العينة تكوين ضغوط عالية المرونة الحرارية في الطبقة السطحية ، حيث يتم تبخير جزء كافٍ (يصل إلى 20٪) من طبقة المسحوق بشدة ، مما يؤدي إلى حمل ضغط إضافي على السطح استجابةً لاستئصال الليزر ، ونتيجة لذلك ، يؤدي الإجهاد المستحث إلى تشويه كبير في هندسة الأجزاء ، خاصةً بالقرب من الدعامات والعناصر الهيكلية الرقيقة ، وينتج عن معدل التسخين العالي لتوليد موجات الليزر المتدرجة. من أجل الحصول على بيانات كمية دقيقة عن الإجهاد المحلي وتوزيع الإجهاد ، يتم إجراء محاكاة mesoscopic لمشكلة التشوه المرن المقترنة بالحرارة ونقل الكتلة.
تشمل المعادلات التي تحكم النموذج (1) معادلات انتقال الحرارة غير المستقرة حيث تعتمد الموصلية الحرارية على حالة الطور (مسحوق ، ذوبان ، متعدد الكريستالات) ودرجة الحرارة ، (2) تقلبات في التشوه المرن بعد الاجتثاث المستمر ومعادلة التمدد الحراري ، ويتم تحديد مشكلة القيمة الحدية من خلال الظروف التجريبية ، ويتم تعريف تدفق الليزر المعدل على سطح العينة ، ويشمل التدفق الحراري التشبع القائم على التدفق والتبريد الحراري. ضغط بخار مادة التبخر. يتم استخدام علاقة الإجهاد والانفعال اللدائن المرنة حيث يتناسب إجهاد المرونة الحرارية مع اختلاف درجة الحرارة. بالنسبة للطاقة الاسمية \ (300 ~ \ text {W} \) ، التردد \ (10 ​​^ 5 ~ \ text {Hz} \) ، المعامل المتقطع 100 و \ (200 ~ \ upmu \ النص {m} \).
يوضح الشكل 3 نتائج المحاكاة العددية للمنطقة المنصهرة باستخدام نموذج رياضي مجهري. قطر منطقة الانصهار هو \ (200 ~ \ upmu \ text {m} \) (\ (100 ~ \ upmu \ text {m} \) radius) و \ (40 ~ \ upmu \ text {m} \) العمق ، وتظهر نتائج المحاكاة أن درجة حرارة السطح تتفاوت محليًا (100 متر). تعديل النبض: معدلات التسخين \ (V_h \) والتبريد \ (V_c \) بترتيب \ (10 ​​^ 7 \) و \ (10 ​​^ 6 ~ \ text {K} / \ text {s} \) ، على التوالي ، هذه القيم تتفق جيدًا مع تحليلنا السابق 64. ، عند \ (t = 26 ~ \ upmu \ text {s} \) تصل درجة حرارة السطح إلى ذروتها مثل \ (4800 ~ \ text {K} \). يمكن أن يتسبب التبخر القوي للمادة في تعرض سطح العينة لضغط مفرط وتقشر.
نتائج المحاكاة العددية لمنطقة انصهار التلدين لنبضة الليزر الأحادية على لوحة عينة 316L ، الوقت من بداية النبضة إلى عمق البركة المنصهرة التي تصل إلى القيمة القصوى هو \ (180 ~ \ upmu \ text {s} \). يمثل متساوي الحرارة \ (T = T_L = 1723 ~ \ text {K} \) الحد الفاصل بين الدالتين السائلة والصلبة في قسم الناتج ، وبالتالي فإن درجة الحرارة المحسوبة في القسمين السائلة والصلبة هي. المجال بين المعزولين (متساوي الحرارة \ (T = T_L \) و isobars \ (\ sigma = \ sigma _V (T) \)) ، يتعرض الطور الصلب لأحمال ميكانيكية قوية ، مما قد يؤدي إلى تغييرات في البنية المجهرية.
تم توضيح هذا التأثير بشكل أكبر في الشكل 4 أ ، حيث يتم رسم مستوى الضغط في المنطقة المنصهرة كدالة للوقت والمسافة من السطح. أولاً ، يرتبط سلوك الضغط بتعديل شدة نبضة الليزر الموضحة في الشكل 2 أعلاه ، وقد لوحظ الحد الأقصى للضغط \ النص {s} \) بحوالي \ (10 ​​~ \ نص {MPa} \) عند خصائص \ (t = 26 ~ \ upmation of the fluctuation of the fluctuation of the plusmu). بتردد \ (500 ~ \ text {kHz} \) وهذا يعني أن موجات الضغط فوق الصوتية تتولد على السطح ثم تنتشر في الركيزة.
الخصائص المحسوبة لمنطقة التشوه بالقرب من منطقة الانصهار موضحة في الشكل 4 ب. يولِّد الاستئصال بالليزر والإجهاد الحراري المرن موجات تشوه مرنة تنتشر في الركيزة. كما يتضح من الشكل ، هناك مرحلتان من توليد الإجهاد ، خلال المرحلة الأولى من \ (t <40 ~ \ upmu \ text {s} \) ، فإن ضغط Mises 8 المماثل \) يرتفع \ (ضغط Mises) المماثل \) إلى \ (ضغط Mises) إلى النص {\). الاجتثاث ، ولم يلاحظ أي إجهاد حراري في نقاط التحكم لأن المنطقة الأولية المتأثرة بالحرارة كانت صغيرة جدًا. عندما تتبدد الحرارة في الركيزة ، تولد نقطة التحكم إجهادًا حراريًا عاليًا أعلى من \ (40 ~ \ text {MPa} \).
مستويات الضغط المعدلة التي تم الحصول عليها لها تأثير كبير على الواجهة الصلبة والسائلة ويمكن أن تكون آلية التحكم التي تحكم مسار التصلب. حجم منطقة التشوه أكبر من 2 إلى 3 مرات من منطقة الانصهار. كما هو موضح في الشكل 3 ، تتم مقارنة موقع تساوي درجة حرارة الانصهار ومستوى الإجهاد الذي يساوي إجهاد الخضوع ، وهذا يعني أن تشعيع الليزر النبضي يوفر أحمالًا ميكانيكية عالية \ في المناطق المحلية \ u} بحد أقصى 300 متر \ الوقت.
لذلك ، يؤدي التعديل المعقد للتلدين بالليزر النبضي إلى تأثير الموجات فوق الصوتية ، ويختلف مسار اختيار البنية المجهرية إذا ما قورنت مع SLM بدون تحميل بالموجات فوق الصوتية ، حيث تؤدي المناطق غير المستقرة المشوهة إلى دورات ضغط وتمدد دورية في المرحلة الصلبة ، وبالتالي يصبح تشكيل حدود حبيبية جديدة وحدود حبيبية فرعية ، وبالتالي ، يمكن الحصول على الخواص الهيكلية المتغيرة بشكل متعمد. النموذج الأولي SLM المدار بالموجات فوق الصوتية. في هذه الحالة ، يمكن استبعاد الحث الكهرضغطية 26 المستخدم في مكان آخر.
(أ) الضغط كدالة للوقت ، محسوبًا على مسافات مختلفة من السطح 0 و 20 و \ (40 ~ \ upmu \ text {m} \) على طول محور التناظر. (ب) ضغط Von Mises المعتمد على الوقت محسوبًا في مصفوفة صلبة على مسافات 70 و 120 و \ (170 ~ \ upmu \ text {m} \) من سطح العينة.
تم إجراء التجارب على ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 321H بأبعاد \ (20 \ مرة 20 \ مرة 5 ~ \ نص {مم} \). بعد كل نبضة ليزر ، تتحرك اللوحة \ (50 ~ \ upmu \ text {m} \) ، وخصر شعاع الليزر على السطح المستهدف حوالي \ (100 ~ \ upmu \ text {m} \). يتم إجراء ما يصل إلى خمس تمريرات تحبيب على طول نفس الشعاع. تم تحديد صوت المنطقة المُعاد صهرها ، اعتمادًا على المكون التذبذب لإشعاع الليزر ، مما يؤدي إلى تقليل متوسط ​​مساحة الحبوب بأكثر من 5 أضعاف. يوضح الشكل 5 كيف تتغير البنية المجهرية للمنطقة المصهورة بالليزر مع عدد دورات إعادة الصهر اللاحقة (التمريرات).
المخططات الفرعية (a ، d ، g ، j) و (b ، e ، h ، k) - البنية المجهرية للمناطق الذائبة بالليزر ، الحبكات الفرعية (c ، f ، i ، l) - توزيع مساحة الحبوب الملونة.يمثل التظليل الجسيمات المستخدمة في حساب الرسم البياني. تتوافق الألوان مع مناطق الحبوب (انظر شريط الألوان في أعلى الرسم البياني. تتوافق الحبكات الفرعية (ac) مع الفولاذ المقاوم للصدأ غير المعالج ، والحبكات الفرعية (df) و (gi) و (jl) تتوافق مع 1 و 3 و 5 إعادة صهر.
نظرًا لأن طاقة نبضة الليزر لا تتغير بين التمريرات اللاحقة ، فإن عمق المنطقة المنصهرة هو نفسه ، وبالتالي فإن القناة اللاحقة "تغطي" القناة السابقة تمامًا. ومع ذلك ، يوضح الرسم البياني أن متوسط ​​مساحة الحبوب والوسيط يتناقصان مع زيادة عدد التمريرات ، وقد يشير ذلك إلى أن الليزر يعمل على الركيزة بدلاً من الذوبان.
قد يكون سبب صقل الحبوب هو التبريد السريع لحوض السباحة المنصهر 65. تم إجراء مجموعة أخرى من التجارب حيث تعرضت أسطح ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ (321H و 316 L) لإشعاع ليزر الموجة المستمرة في الغلاف الجوي (الشكل 6) والفراغ (الشكل 7) ، وكان متوسط ​​قوة الليزر (300 واط و 100 واط ، على التوالي) وعمق البركة المنصهر قريبًا من النتائج التجريبية للعمود H.
البنية المجهرية للمنطقة الذائبة بالليزر لموجة الليزر المستمرة (قوة ثابتة 300 واط ، سرعة مسح 200 مم / ثانية ، فولاذ مقاوم للصدأ AISI 321H).
(أ) البنية المجهرية و (ب) صور حيود التشتت الخلفي للإلكترون للمنطقة الذائبة بالليزر في الفراغ باستخدام ليزر موجة مستمر (طاقة ثابتة 100 واط ، وسرعة مسح 200 مم / ثانية ، وستانلس ستيل AISI 316L) \ (\ sim 2 ~ \ text {mbar} \).
لذلك ، من الواضح أن التعديل المعقد لشدة نبضة الليزر له تأثير كبير على البنية المجهرية الناتجة ، ونعتقد أن هذا التأثير ميكانيكي بطبيعته ويحدث بسبب توليد اهتزازات فوق صوتية تنتشر من السطح المشع للذوبان في أعماق العينة ، وقد تم الحصول على نتائج مماثلة في 13 ، 26 ، 34 ، 66 ، 67 باستخدام محولات طاقة كهرضغطية عالية (4) وسبائك ذات كثافة عالية الفولاذ المقاوم للصدأ 34 ناتج عن الآلية المحتملة كما يلي: الموجات فوق الصوتية المكثفة يمكن أن تسبب تجويفًا صوتيًا ، كما هو موضح في التصوير بالأشعة السينية السينكروترونية فائقة السرعة في الموقع. يؤدي انهيار فقاعات التجويف بدوره إلى توليد موجات صدمة في المادة المنصهرة ، التي يصل ضغطها الأمامي إلى حوالي \ (100 ~ \ نص {MPa} \) قد تكون هذه الموجات الصدمية قوية بما يكفي لتعزيز تشكيل الطور الصلب في العمود الصلب. - التصنيع الإضافي للطبقة الواحدة.
هنا ، نقترح آلية أخرى مسؤولة عن التعديل الهيكلي عن طريق الصوتنة الشديدة. مباشرة بعد التصلب ، تكون المادة في درجة حرارة عالية قريبة من نقطة الانصهار ولديها إجهاد إنتاج منخفض للغاية. يمكن أن تتسبب الموجات فوق الصوتية الشديدة في تدفق البلاستيك لتغيير بنية حبيبات المادة الساخنة والمجمدة ، ومع ذلك ، تتوفر بيانات تجريبية موثوقة حول اعتماد درجة حرارة إجهاد المحصول في \ (T \ أقل من ذلك) ، لذلك يمكن الاطلاع على هذا النص في \ (T \ أقل). هو ، لقد أجرينا عمليات محاكاة للديناميات الجزيئية (MD) لتكوين Fe-Cr-Ni مشابهًا لفولاذ AISI 316 L من أجل تقييم سلوك إجهاد العائد بالقرب من نقطة الانصهار ، ولحساب إجهاد العائد ، استخدمنا تقنية استرخاء إجهاد القص MD المفصلة في 70 ، 71 ، 72 ، 73. نتائج حساب MD لإجهاد المحصول كدالة لدرجة الحرارة موضحة في الشكل 8 مع البيانات التجريبية المتاحة والتقييمات الأخرى 77،78،79،80،81،82.
إجهاد المحصول للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ من الدرجة 316 وتكوين النموذج مقابل درجة الحرارة لمحاكاة MD. القياسات التجريبية من المراجع: (أ) 77 ، (ب) 78 ، (ج) 79 ، (د) 80 ، (هـ) 81. الرجوع إلى. (و) 82 هو نموذج تجريبي لاعتماد على درجة حرارة الإجهاد الناتج لقياس الضغط الداخلي أثناء التصنيع الإضافي بمساعدة الليزر. ) لبلورة مفردة لانهائية خالية من العيوب و \ (\ vartriangleright \) للحبوب المحدودة مع مراعاة متوسط ​​حجم الحبوب عبر أبعاد علاقة Hall-Petch \ (d = 50 ~ \ upmu \ text {m} \).
يمكن ملاحظة أنه عند \ (T> 1500 ~ \ text {K} \) ينخفض ​​إجهاد الخضوع إلى أقل من \ (40 ~ \ text {MPa} \). من ناحية أخرى ، تتوقع التقديرات أن سعة الموجات فوق الصوتية التي يولدها الليزر تتجاوز \ (40 ~ \ text {MPa} \) (انظر الشكل 4 ب) ، وهو ما يكفي للحث على تدفق البلاستيك في المادة الساخنة التي تجمدت للتو.
تم فحص تكوين البنية المجهرية للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) بشكل تجريبي باستخدام مصدر ليزر نابض معدّل الكثافة معقد.
تم العثور على انخفاض حجم الحبوب في منطقة انصهار الليزر بسبب إعادة الصهر بالليزر المستمر بعد 1 أو 3 أو 5 تمريرات.
تظهر النمذجة العيانية أن الحجم المقدر للمنطقة التي قد يؤثر فيها التشوه بالموجات فوق الصوتية بشكل إيجابي على جبهة التصلب يصل إلى \ (1 ~ \ text {mm} \).
يوضح نموذج MD المجهري أن مقاومة الخضوع للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ AISI 316 تقل بشكل كبير إلى \ (40 ~ \ text {MPa} \) بالقرب من نقطة الانصهار.
تشير النتائج التي تم الحصول عليها إلى طريقة للتحكم في البنية المجهرية للمواد باستخدام معالجة ليزر معدلة معقدة ويمكن أن تكون بمثابة أساس لإنشاء تعديلات جديدة لتقنية SLM النبضية.
Liu، Y. وآخرون. التطور البنيوي المجهرية والخواص الميكانيكية لمركبات TiB2 / AlSi10Mg في الموقع بواسطة الذوبان الانتقائي بالليزر [J] .J.Alloys.com جنيه 853 ، 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
غاو ، س وآخرون ، هندسة حدود حبيبات التبلور للذوبان الانتقائي بالليزر لصلب لا يصدأ 316 لتر [J].مجلة ألما ماتر ، ٢٠٠٠ ، ٣٦٦-٣٧٧ ، https: //doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen، X. & Qiu، C. تطوير الهياكل المجهرية للساندويتش في الموقع مع تحسين ليونة عن طريق إعادة التسخين بالليزر لسبائك التيتانيوم المصهور بالليزر.10 ، 15870. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya، A. et al. التصنيع الإضافي لأجزاء Ti-6Al-4V عن طريق ترسيب المعادن بالليزر (LMD): العملية والبنية الدقيقة والخصائص الميكانيكية.Alloys.com جنيه 804 ، 163-191. https: //doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
كومارا ، سي وآخرون ، النمذجة المجهرية لمسحوق الليزر المعدني ، ترسيب الطاقة الموجه للسبائك 718 ، إضافة إلى التصنيع 25 ، 357–364 ، https: //doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey ، M. وآخرون ، دراسة تصويرية بارامترية لنيوترون براغ إيدج للعينات المُصنَّعة بشكل مضاف والتي تم معالجتها بواسطة علم ثقب الصدمات بالليزر.11 ، 14919. https: //doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
تان ، إكس وآخرون ، البنية المجهرية المتدرجة والخصائص الميكانيكية لـ Ti-6Al-4V المُصنَّعة بشكل إضافي بواسطة ذوبان شعاع الإلكترون ، مجلة ألما ماتر 97 ، 1-16 ، https: //doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).