Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında CSS üçün məhdud dəstək var. Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi (və ya Internet Explorer-də uyğunluq rejimini söndürməyi) tövsiyə edirik. Bu arada dəstəyin davamlı olmasını təmin etmək üçün saytı üslub və JavaScript olmadan göstərəcəyik.
İstehsal prosesində məhsulların mikrostrukturuna nəzarət etmək üçün selektiv lazer əriməsinə əsaslanan yeni mexanizm təklif olunur. Mexanizm mürəkkəb intensivliyi modulyasiya edən lazer şüalanması ilə ərimiş hovuzda yüksək intensivlikli ultrasəs dalğalarının yaranmasına əsaslanır. Eksperimental tədqiqatlar və ədədi simulyasiyalar göstərir ki, bu idarəetmə mexanizmi müasir dizaynda və texniki cəhətdən səmərəli şəkildə inteqrasiya oluna bilər. maşınlar.
Mürəkkəb formalı hissələrin aşqar istehsalı (AM) son onilliklərdə əhəmiyyətli dərəcədə artmışdır. Bununla belə, seçmə lazer əriməsi (SLM)1,2,3, metalın birbaşa lazerlə çökdürülməsi4,5,6, elektron şüalarının əriməsi7,8 və digərləri9,10 daxil olmaqla aşqarların istehsalı proseslərinin müxtəlifliyinə baxmayaraq, onun əsas hissəcikləri qütbün spesifik xüsusiyyətləri ola bilər. yüksək istilik qradiyenti, yüksək soyutma sürətləri və ərimə və yenidən ərimə materiallarında11 istilik dövrlərinin mürəkkəbliyi ilə əlaqəli proses epitaksial taxıl artımına və əhəmiyyətli məsaməliliyə12,13 səbəb olur.Nəticələr göstərir ki, incə bərabər oxlu taxıl strukturlarına nail olmaq üçün istilik gradientlərinə, soyutma sürətlərinə və ərinti tərkibinə nəzarət etmək və ya müxtəlif xassələrə malik xarici sahələr (məsələn, ultrasəs) vasitəsilə əlavə fiziki zərbələr tətbiq etmək lazımdır.
Çoxsaylı nəşrlər vibrasiya müalicəsinin adi tökmə proseslərində bərkimə prosesinə təsiri ilə əlaqədardır14,15.Lakin kütləvi ərimələrə xarici sahənin tətbiqi istənilən materialın mikrostrukturunu yaratmır.Maye fazanın həcmi kiçik olarsa, vəziyyət kəskin şəkildə dəyişir.Bu halda xarici sahə bərkimə prosesində əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir, elektrik maqnit sahəsindəki təsirlər nəzərə alınır. ,19,20,21,22,23,24,25,26,27, qövs qarışdırma28 və rəqs29, impulslu plazma qövsləri30,31 və digər üsullar32. Xarici yüksək intensivlikli ultrasəs mənbəyindən istifadə edərək substrata yapışdırın (20 kHz-də). kavitasiya yolu ilə yeni kristalitlər yaratmaq üçün aşağı temperatur gradienti və ultrasəs gücləndirilməsi.
Bu işdə biz ərimə lazerinin özü tərəfindən yaranan səs dalğaları ilə ərimiş hovuzu sonikasiya etməklə austenitik paslanmayan poladların taxıl strukturunun dəyişdirilməsi imkanını araşdırdıq. İşığı udan mühitə düşən lazer şüalanmasının intensivliyinin modulyasiyası onun materialının mikroquruluşunu dəyişdirə bilən ultrasəs dalğalarının yaranması ilə nəticələnir. Mövcud SLM 3D printerlərinə asanlıqla inteqrasiya oluna bilər. Bu işdəki təcrübələr səthləri intensivliyi modulyasiya edən lazer şüalanmasına məruz qalan paslanmayan polad lövhələr üzərində aparılmışdır. Beləliklə, texniki olaraq, lazer səthinin müalicəsi aparılır. Lakin hər bir təbəqənin səthində belə bir lazer müalicəsi aparılırsa, lay-lay və ya seçilmiş hissələrin həcminə təsir göstərirsə, digər sözlə, bütün həcmin qurulmasına nail olur. qat-qat qurulur, hər bir təbəqənin lazer səthi müalicəsi “lazer həcminin müalicəsi”nə bərabərdir.
Halbuki ultrasəs buynuz əsaslı ultrasəs terapiyasında, daimi səs dalğasının ultrasəs enerjisi komponent boyunca paylanır, lazerin yaratdığı ultrasəs intensivliyi isə lazer şüasının udulduğu nöqtənin yaxınlığında yüksək konsentrasiyaya malikdir. SLM toz yatağında füzyon maşınında bir sonotrode istifadə etmək mürəkkəbdir, çünki tozun üst səthinə əlavə radiasiya qalmamalıdır. hissənin üst səthində gərginlik.Buna görə də akustik gərginlik sıfıra yaxındır və hissəciklərin sürəti hissənin bütün üst səthində maksimum amplituda malikdir.Bütün ərinmiş hovuzun daxilində səs təzyiqi qaynaq başlığı tərəfindən yaradılan maksimum təzyiqin 0,1%-dən çox ola bilməz, çünki ultrasəs dalğalarının dalğa uzunluğu poladdan kənarda \~3\ Hz tezliyi ilə {~ 0 mt-dir. ) və Dərinlik adətən \(\sim 0.3~\text {mm}\-dən az olur. Buna görə də, ultrasəsin kavitasiyaya təsiri kiçik ola bilər.
Qeyd etmək lazımdır ki, metalın birbaşa lazerlə çökdürülməsində intensivliyi modulyasiya edən lazer şüalanmasının istifadəsi aktiv tədqiqat sahəsidir35,36,37,38.
Lazer şüalanma hadisəsinin mühitə istilik təsiri materialın emalı üçün demək olar ki, bütün lazer üsulları 39, 40 üçün əsasdır, məsələn, kəsmə41, qaynaq, bərkitmə, qazma42, səthin təmizlənməsi, səthin ərintisi, səthi cilalanması43 və s. ,46.
Qeyd etmək lazımdır ki, mühitdə hər hansı qeyri-stasionar hərəkət, o cümlədən uducu mühitdə laser hərəkəti az və ya çox dərəcədə səmərəliliyi ilə ondakı akustik dalğaların oyanması ilə nəticələnir.İlkin olaraq, əsas diqqət mayelərdə dalğaların lazerlə həyəcanlanmasına və səsin müxtəlif istilik həyəcanlandırma mexanizmlərinə (istilik genişlənməsi, buxarlanma, ötürmə fazası, həcminin dəyişməsi, s. 844) yönəldilmişdir. rous monoqrafiyalar50, 51, 52 bu prosesin nəzəri təhlilini və onun mümkün praktik tətbiqlərini təqdim edir.
Bu məsələlər daha sonra müxtəlif konfranslarda müzakirə edildi və ultrasəsin lazerlə həyəcanlanması həm lazer texnologiyasının53, həm də tibb54 sənaye tətbiqlərində tətbiqlərə malikdir.Buna görə də hesab etmək olar ki, impulslu lazer işığının uducu mühitə təsir etməsi prosesinin əsas konsepsiyası müəyyən edilmişdir.Lazer ultrasəs müayinəsi SLM-in qüsurlarının aşkarlanması56 üçün istifadə olunur.
Lazerlə yaranan şok dalğalarının materiallara təsiri, əlavə olaraq istehsal edilən hissələrin səthinin təmizlənməsi üçün də istifadə olunan lazer şokunun əsasını57,58,59 təşkil edir60.Lakin lazer zərbəsinin gücləndirilməsi nanosaniyəlik lazer impulsları və mexaniki yüklənmiş səthlərdə (məs., mayenin mexaniki yüklənməsinin59 qatının artması ilə) ən təsirli olur.
Müxtəlif fiziki sahələrin bərkimiş materialların mikrostrukturuna mümkün təsirlərini araşdırmaq üçün eksperimentlər aparılmışdır. Təcrübə qurğusunun funksional diaqramı Şəkil 1-də göstərilmişdir. Sərbəst işləmə rejimində işləyən impulslu Nd:YAG bərk cisimli lazer (puls müddəti \(\tau _L \sim 150~} puls seriyasından istifadə edilməmişdir.) neytral sıxlıq filtrləri və şüa ayırıcı lövhə sistemi. Neytral sıxlıq filtrlərinin birləşməsindən asılı olaraq, hədəfdəki nəbz enerjisi \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) ilə \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) arasında dəyişir. , və hədəfə gələn və əks olunan hadisəni müəyyən etmək üçün iki kalorimetrdən (uzun cavab müddəti \(1~\text {ms}\)-dən çox olan fotodiodlar), hadisəni və əks olunan optik gücü təyin etmək üçün isə iki gücölçən (qısa cavab müddəti olan fotodiodlar\(<10~\text {ns}\)) istifadə olunur. LP12-3S-H2-D0 və nümunə yerində quraşdırılmış dielektrik güzgü. Bir linzadan istifadə edərək şüanı hədəfə fokuslayın (\(1.06 \upmu \text {m}\, fokus uzunluğu \(160~\text {mm}\)) və şüa beli hədəf səthində (1000m/ext) {~00m) istifadə edərək şüanı hədəfə yönəldin.
Təcrübə qurğusunun funksional sxematik diaqramı: 1—lazer;2 - lazer şüası;3— neytral sıxlıq filtri;4—sinxronlaşdırılmış fotodiod;5 - şüa ayırıcı;6 - diafraqma;7— düşən şüanın kalorimetri;8 – əks olunan şüanın kalorimetri;9 – hadisə şüasının gücü ölçən;10 – əks olunan şüa gücü ölçən;11 - fokuslama obyektivi;12 - güzgü;13 – nümunə;14 – genişzolaqlı piezoelektrik çevirici;15 – 2D çevirici;16 – yerləşdirmə mikrokontrolleri;17 – sinxronizasiya vahidi;18 – müxtəlif seçmə dərəcələri ilə çoxkanallı rəqəmsal əldəetmə sistemi;19 - fərdi kompüter.
Ultrasəs müalicəsi aşağıdakı kimi həyata keçirilir. Lazer sərbəst işləmə rejimində işləyir;buna görə də lazer impulsunun müddəti \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) təşkil edir ki, bu da hər biri təxminən \(1.5~\upmu \text {s } \) olan çoxsaylı müddətlərdən ibarətdir. Lazer impulsunun müvəqqəti forması və onun spektri aşağı tezlikli zərfdən və orta tezlikli zərfdən (təxminən \~ 0-ə qədər) ibarətdir. Hz}\), Şəkil 2-də göstərildiyi kimi.- Tezlik zərfi materialın qızdırılmasını və sonradan əriməsini və buxarlanmasını təmin edir, yüksək tezlikli komponent isə fotoakustik effektə görə ultrasəs vibrasiyasını təmin edir.Lazerin yaratdığı ultrasəs impulsunun dalğa forması əsasən lazer impulsunun intensivliyinin zaman forması ilə müəyyən edilir.Bu, \(7~\mətn {kHz}\)-dən \ (2~\mətn {MHz}\) qədərdir və mərkəzi tezlik \(~ 0.7~\text {MHz}\) təşkil edir. Fotoakustik effektə görə akustik impulslar poliviniliden flüoriddən hazırlanmış genişzolaqlı pyezoelektrik çeviricilərdən istifadə etməklə qeydə alınmışdır və qeyd edilməməlidir ki, dalğa şəklində göstərilməməlidir. lazer impulsları sərbəst işləyən rejimli lazer üçün xarakterikdir.
Lazer impulsunun intensivliyinin (a) və nümunənin arxa səthində səs sürətinin (b), lazer nəbzinin spektrləri (c) və ultrasəs nəbzinin (d) müvəqqəti paylanması bir lazer impulsu (mavi əyri) üçün orta hesabla 300-dən çox lazer impuls (qırmızı əyri) .
Biz aydın şəkildə lazer impulsunun aşağı tezlikli zərfinə və yüksək tezlikli modulyasiyaya uyğun gələn akustik müalicənin aşağı tezlikli və yüksək tezlikli komponentlərini aydın şəkildə ayırd edə bilərik.Lazer impuls zərfinin yaratdığı akustik dalğaların dalğa uzunluqları \(40~}\text {sm-i aşır);ona görə də akustik siqnalın genişzolaqlı yüksək tezlikli komponentlərinin mikrostrukturaya əsas təsiri gözlənilir.
SLM-də fiziki proseslər mürəkkəbdir və müxtəlif məkan və zaman miqyasında eyni vaxtda baş verir. Buna görə də, SLM-nin nəzəri təhlili üçün çoxmiqyaslı üsullar ən uyğundur. Riyazi modellər ilkin olaraq çoxfiziki olmalıdır. Çoxfazalı mühitin mexanikası və termofizikası “bərk-maye ərintiləri” ilə SLM-də təsirsiz qaz yükü ilə qarşılıqlı təsir göstərə bilər. aşağıdakılardır.
\(10^{13}~\text {W} sm}^2\-ə qədər güc sıxlığı ilə lokallaşdırılmış lazer şüalanması səbəbindən \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{-ə qədər qızdırma və soyutma dərəcələri.
Ərimə-bərkləşmə dövrü 1 ilə \(10~\text {ms}\) arasında davam edir, bu da soyutma zamanı ərimə zonasının sürətlə bərkiməsinə kömək edir.
Nümunə səthinin sürətli qızdırılması səth qatında yüksək termoelastik gərginliklərin əmələ gəlməsi ilə nəticələnir. Toz təbəqəsinin kifayət qədər (20%-ə qədər) hissəsi güclü şəkildə buxarlanır63, bu da lazer ablasiyasına cavab olaraq səthdə əlavə təzyiq yükünün yaranmasına səbəb olur. Nəticə etibarı ilə, induksiya edilmiş gərginlik, xüsusilə də yaxın strukturun yüksək istilik dərəcəsini və yüksək istilik sürətini təhrif edir. lazerlə yumşalma səthdən substrata yayılan ultrasəs gərginlik dalğalarının yaranması ilə nəticələnir. Yerli gərginlik və deformasiyanın paylanması haqqında dəqiq kəmiyyət məlumatı əldə etmək üçün istilik və kütlə ötürülməsi ilə birləşən elastik deformasiya probleminin mezoskopik simulyasiyası aparılır.
Modelin idarəedici tənliklərinə (1) istilik keçiriciliyinin faza vəziyyətindən (toz, ərimə, polikristallıq) və temperaturdan asılı olduğu qeyri-sabit istilik ötürmə tənlikləri, (2) fasiləsiz ablasiya və termoelastik genişlənmə tənliyindən sonra elastik deformasiyada dalğalanmalar daxildir. Sərhəd problemi sərin keçirici səthin eksperimental istilik keçiriciliyi ilə müəyyən edilmiş modulyativ şərtlərlə müəyyən edilir. mübadilə və buxarlanma axını. Kütləvi axın buxarlanan materialın doymuş buxar təzyiqinin hesablanması əsasında müəyyən edilir. Termoelastik gərginliyin temperatur fərqi ilə mütənasib olduğu yerlərdə elastoplastik gərginlik-deformasiya əlaqəsi istifadə olunur. Nominal güc üçün \(300~\text {W}\), tezlik \(10^5~\0)(10^5~\0) və interext {0^5~\m\t) \text {m}\ ) effektiv şüa diametri.
Şəkil 3-də makroskopik riyazi modeldən istifadə etməklə ərimiş zonanın ədədi simulyasiyasının nəticələri göstərilir. Birləşmə zonasının diametri \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) radius) və \(40~\upmu \text {m}\) radiusdur. 0~\text {K}\) impuls modulyasiyasının yüksək fasiləli amilinə görə. Qızdırma \(V_h\) və soyutma \(V_c\) dərəcələri müvafiq olaraq \(10^7\) və \(10^6~\text {K}/\text {s}\) səviyyəsindədir. _c\) səth qatının sürətlə həddindən artıq istiləşməsi ilə nəticələnir, burada substrata olan istilik keçiriciliyi istiliyi aradan qaldırmaq üçün kifayət deyildir. Buna görə də, \(t=26~\upmu \text {s}\) zamanı səthin temperaturu \(4800~\text {K}\) qədər yüksək olur. Nümunənin güclü buxarlanması materialın həddindən artıq təzyiqə məruz qalmasına səbəb ola bilər.
316L nümunə lövhəsində tək lazer impulsunun ərimə zonasının ədədi simulyasiya nəticələri. Nəbzin başlanğıcından ərimiş hovuzun dərinliyinə qədər maksimum dəyərə çatan vaxt \(180~\upmu\text {s}\) təşkil edir. İzoterm\(T = T_L = 1723~\text) maye ilə aşağı fazanı təmsil edir. xətləri) növbəti hissədə temperaturdan asılı olaraq hesablanmış məhsuldarlıq gərginliyinə uyğundur. Buna görə də, iki izozolun (izotermlər\(T=T_L\) və izobarlar\(\sigma =\sigma _V(T)\)) arasındakı domendə bərk faza güclü mexaniki yüklərə məruz qalır ki, bu da mikrostrukturun dəyişməsinə səbəb ola bilər.
Bu təsir daha sonra Şəkil 4a-da izah edilir, burada ərimiş zonada təzyiq səviyyəsi zaman və səthdən məsafə funksiyası kimi göstərilir. Birincisi, təzyiq davranışı yuxarıda Şəkil 2-də təsvir edilən lazer impulsunun intensivliyinin modulyasiyası ilə bağlıdır. Maksimum təzyiq \text{s}\) təqribən \(10~\text {MPa}\)t=təqribən müşahidə edilib(~\c) təqribən yerli dalğalanma müşahidə olunub. nəzarət nöqtəsindəki təzyiq \(500~\text {kHz}\ tezliyi ilə eyni rəqs xüsusiyyətlərinə malikdir. Bu o deməkdir ki, ultrasəs təzyiq dalğaları səthdə yaranır və sonra substrata yayılır.
Ərimə zonasına yaxın deformasiya zonasının hesablanmış xüsusiyyətləri Şəkil 4b-də göstərilmişdir.Lazer ablasiyası və termoelastik gərginlik substratda yayılan elastik deformasiya dalğalarını yaradır.Şəkildən göründüyü kimi, gərginliyin yaranmasının iki mərhələsi var. \(t < 40~}} birinci fazası zamanı, gərginlik {~ MP) {8ss ilə yüksəlir. səth təzyiqinə bənzər modulyasiya. Bu gərginlik lazer ablasiyası nəticəsində baş verir və ilkin istilikdən təsirlənən zona çox kiçik olduğundan nəzarət nöqtələrində termoelastik gərginlik müşahidə olunmayıb. İstilik substrata yayıldıqda, nəzarət nöqtəsi \(40~\text {MPa}\) yuxarıda yüksək termoelastik gərginlik yaradır.
Alınan modullaşdırılmış gərginlik səviyyələri bərk-maye interfeysinə əhəmiyyətli təsir göstərir və bərkimə yolunu tənzimləyən idarəetmə mexanizmi ola bilər. Deformasiya zonasının ölçüsü ərimə zonasından 2-3 dəfə böyükdür. Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, ərimə izotermasının yeri və gərginlik səviyyəsi məhsuldarlığa bərabərdir. ani vaxtdan asılı olaraq 300 ilə \(800~\upmu \text {m}\) arasında diametri.
Buna görə də, impulslu lazerin yumşaldılmasının kompleks modulyasiyası ultrasəs effektinə gətirib çıxarır. Mikrostruktur seçim yolu ultrasəs yükü olmayan SLM ilə müqayisədə fərqlidir. Deformasiyaya uğramış qeyri-sabit bölgələr bərk fazada dövri sıxılma və dartılma dövrlərinə səbəb olur. Beləliklə, yeni taxıl sərhədlərinin formalaşması və alt taxıl sərhədlərinin dəyişməsi, mikrostruktur xassələrinin dəyişməsi ola bilər. aşağıda göstərildiyi kimi. Əldə edilən nəticələr nəbz modulyasiyası ilə induksiya edilən ultrasəslə idarə olunan SLM prototipinin layihələndirilməsi imkanını təmin edir. Bu halda, başqa yerdə istifadə olunan pyezoelektrik induktor 26 istisna edilə bilər.
(a) Simmetriya oxu boyunca 0, 20 və \(40~\upmu \text {m}\) səthindən müxtəlif məsafələrdə hesablanmış zaman funksiyası kimi təzyiq.(b) Nümunə səthindən 70, 120 və \(170~m}upmu) məsafələrdə bərk matrisdə hesablanmış zamandan asılı Von Mises gərginliyi.
Təcrübələr AISI 321H paslanmayan polad plitələr üzərində aparılıb, ölçüləri \(20\x 20\x5~\text {mm}\). Hər bir lazer impulsundan sonra boşqab \(50~\upmu \text {m}\) hərəkət edir və lazer şüasının hədəf səthindəki beli təxminən \(10 m\u000-ə qədər) olur. taxılın təmizlənməsi üçün emal edilmiş materialın yenidən əriməsinə təkan vermək üçün eyni yol boyunca həyata keçirilir. Bütün hallarda, lazer şüasının salınan komponentindən asılı olaraq yenidən əridilmiş zona sonikləşdirilib. Bu, orta taxıl sahəsinin 5 dəfədən çox azalması ilə nəticələnir. Şəkil 5-də ərimə zonasının mikrostrukturunun yenidən ərimələrin sayı ilə necə dəyişdiyini göstərir.
Alt xətlər (a,d,g,j) və (b,e,h,k) – lazerlə əridilmiş rayonların mikrostrukturu, alt xətlər (c,f,i,l) – rəngli dənələrin sahə paylanması.Kölgələmə histoqramı hesablamaq üçün istifadə olunan hissəcikləri təmsil edir. Rənglər taxıl bölgələrinə uyğundur (histoqramın yuxarısındakı rəng zolağına baxın. Alt xətlər (ac) təmizlənməmiş paslanmayan polad, alt xətlər (df), (gi), (jl) isə 1, 3 və 5 ərimələrə uyğundur.
Lazer impulsunun enerjisi sonrakı keçidlər arasında dəyişmədiyi üçün ərimiş zonanın dərinliyi eyni olur.Beləliklə, sonrakı kanal əvvəlkini tamamilə “örtər”.Lakin histoqram göstərir ki, keçidlərin sayının artması ilə orta və orta taxıl sahəsi azalır.Bu, lazerin substrat üzərində deyil, daha çox təsir etdiyini göstərə bilər.
Taxılın zərifləşməsi ərimiş hovuzun sürətlə soyuması nəticəsində yarana bilər65. Paslanmayan polad plitələrin (321H və 316L) səthlərinin atmosferdə (Şəkil 6) və vakuumda (Şəkil 7) fasiləsiz dalğa lazer şüalanmasına məruz qaldığı başqa bir sıra təcrübələr aparıldı. Orta lazer gücü və hovuzun dərinliyi müvafiq olaraq 300 Vt və mol dərinliyinə yaxındır. sərbəst işləyən rejimdə Nd:YAG lazerinin bütün nəticələri. Bununla belə, tipik sütunlu struktur müşahidə edilmişdir.
Davamlı dalğa lazerinin lazerlə əridilmiş bölgəsinin mikro strukturu (300 Vt sabit güc, 200 mm/s tarama sürəti, AISI 321H paslanmayan polad).
(a) Davamlı dalğa lazeri (100 Vt sabit güc, 200 mm/s tarama sürəti, AISI 316L paslanmayan polad)\ (\sim 2~\text {mbar}\) ilə vakuumda lazerlə ərimiş bölgənin mikrostruktur və (b) elektron geri səpilmə difraksiya təsvirləri.
Buna görə də aydın şəkildə göstərilir ki, lazer impulsunun intensivliyinin kompleks modulyasiyası yaranan mikrostrukturaya əhəmiyyətli təsir göstərir. Biz hesab edirik ki, bu təsir mexaniki xarakter daşıyır və ərimənin şüalanmış səthindən nümunənin dərinliyinə yayılan ultrasəs titrəyişlərinin yaranması ilə əlaqədar baş verir. Oxşar nəticələr 13, 26, translectric və solelectric, translectric, so7634s və s. Ti-6Al-4V ərintisi 26 və paslanmayan polad 34 də daxil olmaqla müxtəlif materiallarda yüksək intensivlikli ultrasəs təmin edir. Bunun mümkün mexanizmi aşağıdakı kimi təxmin edilir. İntensiv ultrasəs akustik kavitasiyaya səbəb ola bilər, ultrafast in situ sinxrotron rentgen görüntüləməsində göstərildiyi kimi. Bu qabarcıqların qabarcıqların çökməsi nəticəsində qabarcıqların çökməsinə səbəb olur. \(100~\text {MPa}\)69.Belə zərbə dalğaları qat-qat aşqar istehsalının tipik sütunlu taxıl strukturunu pozaraq, kütləvi mayelərdə kritik ölçülü bərk fazalı nüvələrin əmələ gəlməsini təşviq etmək üçün kifayət qədər güclü ola bilər.
Burada biz intensiv sonikasiya yolu ilə struktur modifikasiyasına cavabdeh olan başqa bir mexanizm təklif edirik. Qatılaşmadan dərhal sonra material ərimə nöqtəsinə yaxın yüksək temperaturdadır və son dərəcə aşağı məhsuldarlıq stressinə malikdir. Güclü ultrasəs dalğaları plastik axının isti, sadəcə bərkimiş materialın taxıl strukturunu dəyişdirməsinə səbəb ola bilər. Bununla belə, temperatura dair etibarlı təcrübi məlumatlar mövcuddur15 \text {K}\) (Şəkil 8-ə baxın).Ona görə də, bu fərziyyəni yoxlamaq üçün ərimə nöqtəsi yaxınlığında məhsuldarlıq gərginliyi davranışını qiymətləndirmək üçün AISI 316 L poladına bənzər Fe-Cr-Ni tərkibinin molekulyar dinamikasının (MD) simulyasiyalarını həyata keçirdik. Çıxış gərginliyini hesablamaq üçün MD17, shetail-də relaksasiya texnikasından istifadə etdik Atomlararası qarşılıqlı təsir hesablamaları üçün biz 74-dən Embedded Atomic Modelindən (EAM) istifadə etdik. MD simulyasiyaları LAMMPS kodları 75,76 istifadə edilməklə yerinə yetirildi. MD simulyasiyalarının təfərrüatları başqa yerdə dərc olunacaq. Temperaturdan asılı olaraq məhsuldarlıq gərginliyinin MD hesablama nəticələri Şəkil 87,87, evalu və digər mövcud məlumatlarla birlikdə göstərilmişdir. ,82.
AISI 316 dərəcəli austenitik paslanmayan polad üçün məhsuldarlıq gərginliyi və MD simulyasiyaları üçün temperatura qarşı model tərkibi. İstinadlardan eksperimental ölçmələr: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. istinad edin. (f) 82 empirik gərginliyin ölçülməsi zamanı empirik gərginlik modelidir. yardımçı aşqar istehsalı. Bu tədqiqatda genişmiqyaslı MD simulyasiyalarının nəticələri Hall-Petch əlaqəsi vasitəsilə orta taxıl ölçüsü nəzərə alınmaqla qüsursuz sonsuz monokristal üçün \(\vartriangleleft\) və sonlu taxıllar üçün \(\vartrianglerright\) kimi işarələnmişdir.
Görünür ki, \(T>1500~\text {K}\) məhsuldarlıq gərginliyi \(40~\text {MPa}\)-dan aşağı düşür. Digər tərəfdən, təxminlər lazerin yaratdığı ultrasəs amplitüdünün \(40~\mətn {MPa}\)-dan çox olduğunu proqnozlaşdırır (bax: Şəkil 4b, sadəcə olaraq isti materialın bərkidilməsi üçün kifayətdir).
SLM zamanı 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) austenitik paslanmayan poladın mikrostruktur formalaşması mürəkkəb intensivliyi modulyasiya edən impulslu lazer mənbəyindən istifadə etməklə eksperimental olaraq tədqiq edilmişdir.
Lazer ərimə zonasında taxıl ölçüsünün azalması 1, 3 və ya 5 keçiddən sonra davamlı lazerin yenidən əriməsi səbəbindən tapıldı.
Makroskopik modelləşdirmə göstərir ki, ultrasəs deformasiyasının bərkimə cəbhəsinə müsbət təsir göstərə biləcəyi bölgənin təxmini ölçüsü \(1~\mətn {mm}\) qədərdir.
Mikroskopik MD modeli göstərir ki, AISI 316 austenitik paslanmayan poladdan məhsuldarlıq ərimə nöqtəsinə yaxın \(40~\text {MPa}\) qədər əhəmiyyətli dərəcədə azalır.
Əldə edilmiş nəticələr mürəkkəb modulyasiya edilmiş lazer emalından istifadə edərək materialların mikrostrukturuna nəzarət etmək üçün bir üsul təklif edir və impulslu SLM texnikasının yeni modifikasiyalarının yaradılması üçün əsas ola bilər.
Liu, Y. et al. Lazerlə seçici ərimə [J].J. tərəfindən in situ TiB2/AlSi10Mg kompozitlərinin mikrostruktur təkamülü və mexaniki xassələri.Ərintilər.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. 316L paslanmayan poladdan [J] lazer seçmə əriməsinin yenidən kristalizasiya taxıl sərhədi mühəndisliyi.Alma Mater jurnalı.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Lazerlə əridilmiş titan ərintilərinin lazerlə yenidən qızdırılması ilə gücləndirilmiş çevikliyə malik sendviç mikro strukturlarının in situ inkişafı.science.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Ti-6Al-4V hissələrinin lazer metal çökdürülməsi (LMD) ilə əlavə istehsalı: proses, mikrostruktur və mexaniki xassələri.J.Ərintilər.mürəkkəb.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Alaşım 718-in lazer metal tozuna yönəldilmiş enerji çöküntüsünün mikrostruktur modelləşdirilməsi.İstehsala əlavə et.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al. Lazer Şoku ilə Müalicə Edilən Əlavə İstehsal Nümunələrinin Parametrik Neytron Bragg Kənar Görüntüsünün Tədqiqi Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Elektron şüa əriməsi ilə əlavə olaraq hazırlanmış Ti-6Al-4V-nin qradient mikrostruktur və mexaniki xassələri. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).