Diolch i chi am ymweld â Nature.com.Mae gan y fersiwn porwr rydych yn ei ddefnyddio gefnogaeth gyfyngedig i CSS. I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu ddiffodd modd cydweddoldeb yn Internet Explorer). Yn y cyfamser, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, byddwn yn arddangos y wefan heb steilio a JavaScript.
Mae mecanwaith newydd sy'n seiliedig ar doddi laser dethol i reoli microstrwythur cynhyrchion yn y broses weithgynhyrchu yn cael ei gynnig. Mae'r mecanwaith yn dibynnu ar gynhyrchu tonnau ultrasonic dwysedd uchel yn y pwll tawdd trwy astudiaethau arbelydru laser modiwleiddiedig cymhleth ac efelychiadau rhifiadol yn dangos bod y mecanwaith rheoli hwn yn dechnegol ymarferol a gellir ei integreiddio'n effeithiol i ddyluniad peiriannau toddi laser modern dethol.
Mae gweithgynhyrchu ychwanegion (AM) o rannau siâp cymhleth wedi tyfu'n sylweddol yn ystod y degawdau diwethaf. Fodd bynnag, er gwaethaf yr amrywiaeth o brosesau gweithgynhyrchu ychwanegion, gan gynnwys toddi laser dethol (SLM)1,2,3, dyddodiad metel laser uniongyrchol4,5,6, toddi trawst electron7,8 ac others9,10, gall y Rhannau fod yn ddiffygiol. mewn deunyddiau toddi ac aildoddi11, sy'n arwain at dyfiant grawn epitaxial a mandylledd sylweddol12,13.Mae'r canlyniadau'n dangos bod angen rheoli graddiannau thermol, cyfraddau oeri, a chyfansoddiad aloi, neu gymhwyso siociau corfforol ychwanegol trwy feysydd allanol amrywiol briodweddau (ee uwchsain) i gyflawni strwythurau grawn equiaxed dirwy.
Mae nifer o gyhoeddiadau yn ymwneud ag effaith triniaeth dirgryniad ar y broses solidification mewn prosesau castio confensiynol14,15.Fodd bynnag, nid yw cymhwyso maes allanol i doddi swmp yn cynhyrchu'r microstructure materol a ddymunir.Os yw cyfaint y cyfnod hylif yn fach, mae'r sefyllfa'n newid yn ddramatig. ,25,26,27, arc stirring28 ac oscillation29, arcau plasma pwls30,31 a dulliau eraill32. Atodi i'r swbstrad gan ddefnyddio ffynhonnell uwchsain dwysedd uchel allanol (ar 20 kHz).
Yn y gwaith hwn, rydym yn ymchwilio i'r posibilrwydd o newid strwythur grawn o ddur di-staen austenitig gan sonicating y pwll tawdd gyda thonnau sain a gynhyrchir gan y laser toddi own.The modiwleiddio dwyster y digwyddiad ymbelydredd laser ar y cyfrwng amsugno golau canlyniadau yn y genhedlaeth o tonnau ultrasonic, sy'n newid y microstrwythur y material.This modiwleiddio dwysedd o ymbelydredd laser gellir eu hintegreiddio yn hawdd i mewn i argraffwyr presennol SLM gwaith yn cael eu perfformio dwyster arbrofion-dur di-staen. ymbelydredd laser modiwleiddio.So, yn dechnegol, triniaeth arwyneb laser yn done.However, os yw triniaeth laser o'r fath yn cael ei berfformio ar wyneb pob haen, yn ystod haen-wrth-haen cronni, effeithiau ar y cyfaint cyfan neu ar rannau dethol o'r gyfrol yn cael eu cyflawni.
Tra mewn therapi ultrasonic ultrasonic seiliedig ar y corn, mae egni ultrasonic y don sain sefydlog yn cael ei ddosbarthu trwy'r gydran, tra bod y dwyster ultrasonic a achosir gan laser wedi'i grynhoi'n fawr ger y pwynt lle mae'r ymbelydredd laser yn cael ei amsugno. Mae defnyddio sonotrode mewn peiriant ymasiad gwely powdr SLM yn gymhleth oherwydd dylai wyneb uchaf y gwely powdr sy'n agored i'r ymbelydredd laser aros yn llonydd. Mae gan locity osgled uchaf dros wyneb uchaf cyfan y rhan.Ni all y pwysedd sain y tu mewn i'r pwll tawdd cyfan fod yn fwy na 0.1% o'r pwysau uchaf a gynhyrchir gan y pen weldio, oherwydd bod tonfedd tonnau ultrasonic ag amledd o 20 kHz mewn dur di-staen yn \(\sim 0.3~\text {m}\), ac mae'r dyfnder fel arfer yn llai na \(3\s) ar gyfer uwchsain, efallai y bydd y dyfnder yn llai na \(3\s). byddwch yn fach.
Dylid nodi bod y defnydd o ymbelydredd laser dwyster-modiwleiddio mewn dyddodiad metel laser uniongyrchol yn faes gweithredol o ymchwil35,36,37,38.
Effaith thermol digwyddiad ymbelydredd laser ar y cyfrwng yw'r sail ar gyfer bron pob techneg laser 39, 40 ar gyfer prosesu deunydd, megis torri41, weldio, caledu, drilling42, glanhau wyneb, aloi wyneb, sgleinio wyneb43, ac ati ysgogodd dyfeisio'r laser ddatblygiadau newydd mewn technegau prosesu deunyddiau, ac mae canlyniadau rhagarweiniol wedi'u crynhoi mewn nifer o adolygiadau a monograffau,446,464.
Dylid nodi bod unrhyw gamau nad ydynt yn llonydd ar y cyfrwng, gan gynnwys gweithredu lasing ar y cyfrwng amsugno, yn arwain at y excitation tonnau acwstig ynddo gyda mwy neu lai efficiency.Initially, y prif ffocws oedd ar y excitation laser o tonnau mewn hylifau a'r gwahanol fecanweithiau excitation thermol o sain (ehangu thermol, anweddiad, newid cyfaint yn ystod cyfnod pontio, crebachiad, 407, 95, ac ati. Mae 1, 52 yn darparu dadansoddiadau damcaniaethol o'r broses hon a'i chymwysiadau ymarferol posibl.
Trafodwyd y materion hyn wedi hynny mewn cynadleddau amrywiol, ac mae gan laser excitation o uwchsain geisiadau yn y ddau gymwysiadau diwydiannol o laser technology53 a medicine54.Therefore, gellir ystyried bod y cysyniad sylfaenol o'r broses y mae golau laser pwls yn gweithredu ar gyfrwng amsugno wedi'i sefydlu.Laser ultrasonic arolygiad yn cael ei ddefnyddio ar gyfer canfod nam o samplau SLM-weithgynhyrchir55,56.
Effaith tonnau sioc a gynhyrchir gan laser ar ddeunyddiau yw sail sioc laser peening57,58,59, a ddefnyddir hefyd ar gyfer trin wyneb rhannau a weithgynhyrchir yn ychwanegol60.Fodd bynnag, mae cryfhau sioc laser yn fwyaf effeithiol ar gorbys laser nanosecond ac arwynebau wedi'u llwytho'n fecanyddol (ee, gyda haen o hylif)59 oherwydd bod llwytho mecanyddol yn cynyddu'r pwysau brig.
Cynhaliwyd arbrofion i ymchwilio i effeithiau posibl gwahanol feysydd ffisegol ar y microstrwythur o solidified materials.The diagram swyddogaethol y setup arbrofol yn cael ei ddangos yn Ffigur 1.A pulsed Nd:YAG laser cyflwr solet yn gweithredu mewn modd rhydd-redeg (hyd pwls \(tau _L \sim 150~\upmu\text{s}\ )) yn cael ei ddefnyddio cyfres pulsed. tra'n aros am y cyfuniad o hidlwyr dwysedd niwtral, mae'r egni pwls ar y targed yn amrywio o \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) i \(E_L \sim 100~\text {mJ}\). Mae'r pelydr laser a adlewyrchir o'r holltwr trawst yn cael ei fwydo i ffotodiode ar gyfer caffael data ar yr un pryd, ac mae dau galoriwm amser yn fwy na'r amser \(1) yn cael eu defnyddio i bennu'r ymateb i'r data ar yr un pryd, ac mae dau calorimeters amser hir yn cael eu defnyddio i bennu'r ymateb \(~) hyd yn fwy na'r amser \(~) i bennu'r ymateb i'r llun. y digwyddiad i'r targed ac a adlewyrchir ohono, a dau fesurydd pŵer (ffotodiodes gydag amseroedd ymateb byr\(<10~\text {ns}\)) i bennu digwyddiad ac adlewyrchwyd pŵer optegol.Calorimedrau a mesuryddion pŵer eu graddnodi i roi gwerthoedd mewn unedau absoliwt gan ddefnyddio synhwyrydd thermopile Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 a drych deuelectrig wedi'i osod ar y lens targed. 6 \upmu \text {m}\), hyd ffocal \(160~\text {mm}\)) a gwasg trawst ar yr arwyneb targed 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Diagram sgematig swyddogaethol o'r gosodiad arbrofol: 1 — laser;2 - pelydr laser;3 - hidlydd dwysedd niwtral;4 - ffotodiode cydamserol;5 - hollti trawst;6 - diaffram;7 - calorimedr trawst digwyddiad;8 - calorimedr y trawst adlewyrchiedig;9 – mesurydd pŵer pelydr digwyddiad;10 - mesurydd pŵer trawst adlewyrchiedig;11 - lens ffocws;12 - drych;13 - sampl;14 – trawsddygiadur piezoelectrig band eang;15 – trawsnewidydd 2D;16 – microreolydd lleoli;17 – uned cydamseru;18 - system caffael digidol aml-sianel gyda chyfraddau samplu amrywiol;19 – cyfrifiadur personol.
Mae triniaeth ultrasonic yn cael ei wneud fel a ganlyn. Mae'r laser yn gweithredu yn y modd rhad ac am ddim;felly hyd curiad y laser yw \(\tau _L \sim 150~\upmu\text {s}\), sy'n cynnwys cyfnodau lluosog o tua \(1.5~\upmu\text {s} \) yr un. .- Mae'r amlen amlder yn darparu'r gwresogi a'r toddi ac anweddiad dilynol o'r deunydd, tra bod y gydran amledd uchel yn darparu'r dirgryniadau ultrasonic oherwydd y tonffurf photoacoustic effect.The y pwls ultrasonic a gynhyrchir gan y laser yn cael ei bennu'n bennaf gan siâp amser y dwyster pwls laser.Mae'n o \(7~\text {kHz}\) i \(2~\text {MHz}\), ac amlder y ganolfan yw \(~ 0.7~\text {MHz}\).Cofnodwyd corbys acwstig oherwydd yr effaith ffotoacwstig gan ddefnyddio trawsddygiaduron piezoelectrig band eang a wneir o ffilmiau fflworid polyvinylidene.Dylid nodi'r tonffurf wedi'i recordio a'i sbectrwm o siâp laser a ddangosir yn Ffigur 2. Mae'r Ffigur 2 siâp tonffurf a'i sbectrwm am ddim yn cael ei ddangos yn Ffigur. ning modd laser.
Dosbarthiad dros dro dwyster curiad y galon laser (a) a chyflymder sain ar wyneb cefn y sampl (b), sbectra curiad y galon laser (c) a pwls ultrasonic (d) ar gyfartaledd dros 300 o guriadau laser (cromlin goch) ar gyfer un curiad laser (cromlin las).
Gallwn wahaniaethu'n glir rhwng cydrannau amledd isel ac amledd uchel y driniaeth acwstig sy'n cyfateb i amlen amledd isel y pwls laser a'r modiwleiddio amledd uchel, yn ôl eu trefn. Mae tonfeddi'r tonnau acwstig a gynhyrchir gan yr amlen pwls laser yn fwy na \(40~\text {cm}\);felly, disgwylir prif effaith cydrannau band eang amledd uchel y signal acwstig ar y microstrwythur.
Mae'r prosesau ffisegol yn SLM yn gymhleth ac yn digwydd ar yr un pryd ar wahanol raddfeydd gofodol ac amserol.
Cyfraddau gwresogi ac oeri hyd at \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ oherwydd arbelydru laser lleol gyda dwyseddau pŵer hyd at \(10^{13}~\text {W} cm}^2\).
Mae'r cylch toddi-solidification yn para rhwng 1 a \(10~\text {ms}\), sy'n cyfrannu at solidiad cyflym y parth toddi yn ystod oeri.
Mae gwresogi cyflym o'r arwyneb sampl yn arwain at ffurfio straen thermoelastig uchel yn yr wyneb layer.Sufficient (hyd at 20%) cyfran o'r haen powdwr yn gryf anweddu63, sy'n arwain at bwysau ychwanegol llwyth ar yr wyneb mewn ymateb i laser ablation.Consequently, mae'r straen a achosir yn ystumio'n sylweddol y geometreg rhan rhan, yn enwedig ger yn cefnogi ac yn cynhyrchu tenau elfennau strwythurol uwchsonig mewn pwysau uwchsonig yn arwain at lefelau uchel o elfennau strwythurol tonnau. yr wyneb i'r substrate.Er mwyn cael data meintiol cywir ar y dosbarthiad straen a straen lleol, perfformir efelychiad mesosgopig o'r broblem dadffurfiad elastig sydd wedi'i gyfuno i drosglwyddo gwres a màs.
Mae hafaliadau llywodraethu'r model yn cynnwys (1) hafaliadau trosglwyddo gwres ansad lle mae dargludedd thermol yn dibynnu ar gyflwr cyfnod (powdr, toddi, polycrystalline) a thymheredd, (2) amrywiadau mewn anffurfiad elastig ar ôl abladiad continwwm ac equation.The ehangu thermoelastig broblem gwerth ffin yn cael ei bennu gan amodau arbrofol. Mae'r fflwcs laser fodiwleiddio yn dibynnu ar y fflwcs laser dargludol a ddiffinnir ar y flux cyfnewid gwres dargludol sy'n seiliedig ar y sampl yn seiliedig ar flux.Convective a diffinnir ar y flux cyfnewid gwres dargludol sy'n seiliedig ar y sampl a'r fflwcs cyfnewidiol dargludol sy'n seiliedig ar yr arwyneb sampl. ar gyfrifo pwysedd anwedd dirlawn y deunydd anweddu.Defnyddir y berthynas straen-straen elastoplastig lle mae'r straen thermoelastig yn gymesur â'r gwahaniaeth tymheredd.Ar gyfer pŵer enwol \(300~\text {W}\), amlder \(10^5~\text {Hz}\), cyfernod ysbeidiol o 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ ~ \ text {W}\), cyfernod ysbeidiol o 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ 100 ~ \ n = diamedr \ n \ n \ .
Mae Ffigur 3 yn dangos canlyniadau efelychiad rhifiadol o'r parth tawdd gan ddefnyddio model mathemategol macrosgopig. Diamedr y parth ymasiad yw \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu\text {m}\) radiws) a \(40~\upmu\text {m}\) dyfnder.Mae canlyniadau'r efelychiad yn dangos bod yr arwyneb mewn tymheredd uchel yn lleol i'r tymheredd \vary\varies yn lleol gyda thymheredd uchel i'r tymheredd uchel. ffactor itent y modiwleiddio curiad y galon.Mae'r cyfraddau gwresogi \(V_h\) ac oeri \(V_c\) ar y drefn \(10^7\) a \(10^6~\text {K}/\text{s}\), yn y drefn honno.Mae'r gwerthoedd hyn yn cytuno'n dda â'n dadansoddiad blaenorol64.Mae trefn maint y gwahaniaeth maint rhwng \(\V_h\c) a'r dargludiad arwynebol dros yr haenen wres, y dargludiad arwynebol a'r haen gwres yn gyflym. Nid yw'r haenen yn ddigon i gael gwared ar y gwres.
Canlyniadau efelychiad rhifiadol o parth toddi o anelio pwls laser sengl ar 316L sampl plate.The amser o ddechrau'r curiad y galon i ddyfnder y pwll tawdd cyrraedd y gwerth mwyaf yw \(180~\upmu\text {s}\).Mae'r isotherm\(T = T_L = 1723~\text{K}\) yn cynrychioli'r ffin rhwng y llinellau isotherm ye hylifol a'r pwysau a gyfrifwyd fel y mae'r pwysau solet. swyddogaeth tymheredd yn yr adran nesaf.Felly, yn y parth rhwng y ddau isolines (isotherms\(T=T_L\) ac isobars\(\sigma =\sigma _V(T)\))), mae'r cyfnod solet yn destun llwythi mecanyddol cryf, a all arwain at newidiadau yn y microstrwythur.
Esbonnir yr effaith hon ymhellach yn Ffigur 4a, lle mae'r lefel pwysedd yn y parth tawdd yn cael ei blotio fel swyddogaeth amser a phellter o'r arwyneb. Yn gyntaf, mae'r ymddygiad pwysedd yn gysylltiedig â modiwleiddio'r dwysedd pwls laser a ddisgrifir yn Ffigur 2 uchod. Arsylwyd uchafswm pwysau \text{s}\) o tua \(10~\text {MPa}\) tua \(up) 10~\text {MPa}\) tua \(up) pwynt rheoli'r un pwysau ar yr un pwynt rheoli lefel leol. nodweddion toriad fel amledd \(500~\text {kHz}\). Mae hyn yn golygu bod tonnau pwysedd uwchsonig yn cael eu cynhyrchu ar yr wyneb ac yna'n ymledu i'r swbstrad.
Mae nodweddion cyfrifedig y parth anffurfiannau ger y parth toddi yn cael eu dangos yn Ffig. i abladiad laser, ac ni welwyd unrhyw straen thermoelastig yn y pwyntiau rheoli oherwydd bod y parth cychwynnol yr effeithiwyd arno gan wres yn rhy fach. Pan fydd gwres yn cael ei wasgaru i'r swbstrad, mae'r pwynt rheoli yn cynhyrchu straen thermoelastig uchel uwchben \(40~\text {MPa}\).
Mae'r lefelau straen modiwleiddio a gafwyd yn cael effaith sylweddol ar y rhyngwyneb solet-hylif ac efallai mai dyma'r mecanwaith rheoli sy'n rheoli'r llwybr solidification. Mae maint y parth anffurfio 2 i 3 gwaith yn fwy na'r parth toddi. \upmu \text {m}\) yn dibynnu ar yr amser sydyn.
Felly, mae'r modiwleiddio cymhleth y laser pulsed anelio yn arwain at y llwybr dewis ultrasonic effect.The microstructure yn wahanol os o'i gymharu â'r SLM heb ultrasonic loading.Deformed rhanbarthau ansefydlog yn arwain at gylchoedd cyfnodol o gywasgu ac ymestyn yn y solet phase.Thus, ffurfio ffiniau grawn newydd a ffiniau subgrain yn dod yn feasible.Therefore, mae'r microstructural priodweddau newidiol yn cael ei ddangos isod i'r casgliad posibl wedi'i newid dylunio, gellir ei ddangos i'r casgliad a nodir isod. d prototeip SLM a yrrir gan uwchsain.Yn yr achos hwn, gellir eithrio'r inductor piezoelectrig 26 a ddefnyddir mewn mannau eraill.
(a) Pwysedd fel ffwythiant amser, wedi'i gyfrifo ar bellteroedd gwahanol o'r arwyneb 0, 20 a \(40~\upmu \text {m}\) ar hyd echelin cymesuredd.(b) Pwysau Von Mises sy'n dibynnu ar amser wedi'i gyfrifo mewn matrics solet ar bellteroedd 70, 120 a \(170~\upmu \text {m}\) o'r arwyneb sampl.
Perfformiwyd arbrofion ar blatiau dur di-staen AISI 321H gyda dimensiynau \(20\times 20\times 5~\text {mm}\).Ar ôl pob pwls laser, mae'r plât yn symud \(50~\upmu\text {m}\), ac mae gwasg y pelydr laser ar yr wyneb targed tua \(100~\upmu\times 5~\times 5~\text {mm}\). deunydd gol ar gyfer mireinio grawn.Ym mhob achos, roedd y parth remelted sonicated, yn dibynnu ar y gydran osgiliadur y ymbelydredd laser.Mae hyn yn arwain at ostyngiad mwy na 5-plyg yn arwynebedd grawn cyfartalog. Mae Ffigur 5 yn dangos sut mae microstrwythur y rhanbarth wedi'i doddi â laser yn newid gyda nifer y cylchoedd remelting dilynol (pasio).
Isblotiau (a,d,g,j) a (b,e,h,k) – microstrwythur rhanbarthau wedi'u toddi â laser, isblotiau (c,f,i,l) – dosbarthiad arwynebedd grawn lliw.Mae cysgodi yn cynrychioli'r gronynnau a ddefnyddir i gyfrifo'r histogram. Mae lliwiau'n cyfateb i ranbarthau grawn (gweler y bar lliw ar frig yr histogram. Mae isblotiau (ac) yn cyfateb i ddur di-staen heb ei drin, ac mae isblotiau (df), (gi), (jl) yn cyfateb i 1, 3 a 5 remelts.
Gan nad yw'r egni pwls laser yn newid rhwng pasiau dilynol, dyfnder y parth tawdd yw'r un fath.
Efallai y bydd mireinio grawn yn cael ei achosi gan oeri cyflym y pwll tawdd65. Cynhaliwyd set arall o arbrofion lle'r oedd arwynebau platiau dur di-staen (321H a 316L) yn agored i ymbelydredd laser tonnau parhaus yn yr atmosffer (Ffig. 6) a gwactod (Ffig. 7).Mae'r pŵer laser cyfartalog (300 W a 100 W, yn y drefn honno) a'r canlyniadau arbrofion tawdd yn agos at y dull laser tawdd. sylwyd ar strwythur colofnol nodweddiadol.
Microstrwythur rhanbarth laser tonnau parhaus wedi'i doddi â laser (pŵer cyson 300 W, cyflymder sganio 200 mm/s, dur gwrthstaen AISI 321H).
(a) Microstrwythur a (b) delweddau diffreithiant cefn-wasgariad electronau o'r rhanbarth wedi'i doddi â laser mewn gwactod gyda laser ton barhaus (pŵer cyson 100 W, cyflymder sganio 200 mm/s, dur gwrthstaen AISI 316L)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Felly, dangosir yn glir bod y modiwleiddio cymhleth y dwyster pwls laser yn cael effaith sylweddol ar y microstructure.We canlyniadol yn credu bod yr effaith hon yn fecanyddol o ran eu natur ac yn digwydd oherwydd y genhedlaeth o dirgryniadau ultrasonic lluosogi o wyneb arbelydru y toddi yn ddwfn i mewn i'r canlyniadau sample.Similar a gafwyd yn 13, 26, 34, 66, 67 gan ddefnyddio uwchsain deunyddiau transducers-Alex uchel darparu uwchsain Ti-Al6 yn darparu uwchsain uchel-Almaen-Tizoteinau -4V aloi 26 a dur di-staen 34 y canlyniad of.The mecanwaith posibl yn speculated fel a ganlyn. Gall uwchsain dwys achosi cavitation acwstig, fel y dangosir yn ultrafast in situ synchrotron pelydr-X delweddu.The cwymp y swigod cavitation yn ei dro yn cynhyrchu tonnau sioc yn y deunydd tawdd, y mae eu pwysau blaen yn cyrraedd tua \(100 ~ shock\text) Efallai y bydd y tonnau yn ddigon cryf i hyrwyddo sioc-destun cryf. niwclysau cyfnod solet mewn hylifau swmp, gan amharu ar strwythur grawn colofnog nodweddiadol gweithgynhyrchu ychwanegion haen-wrth-haen.
Yma, rydym yn cynnig mecanwaith arall sy'n gyfrifol am addasu strwythurol gan sonication.Yn syth ar ôl solidification, mae'r deunydd ar dymheredd uchel yn agos at y pwynt toddi ac mae ganddo cynnyrch hynod o isel stress.Intense tonnau ultrasonic yn gallu achosi llif plastig i newid strwythur grawn y poeth, dim ond solidified material.However, data arbrofol dibynadwy ar ddibyniaeth tymheredd o straen cynnyrch ar gael yn ~ (Ke 1 } ). , i brofi'r ddamcaniaeth hon, rydym yn perfformio efelychiadau deinameg moleciwlaidd (MD) o gyfansoddiad Fe-Cr-Ni tebyg i AISI 316 L dur er mwyn gwerthuso ymddygiad straen cynnyrch ger y toddi point.To gyfrifo'r straen cynnyrch, rydym yn defnyddio'r dechneg MD cneifio straen ymlacio a nodir yn 70, 71, 72, 73.For rhyngweithiad Atomic defnyddio. Perfformiwyd efelychiadau MD gan ddefnyddio codau LAMMPS 75,76. Cyhoeddir manylion yr efelychiadau MD mewn man arall. Dangosir canlyniadau cyfrifiad MD o straen cnwd fel swyddogaeth tymheredd yn Ffig. 8 ynghyd â data arbrofol sydd ar gael a gwerthusiadau eraill77,78,79,80,81,82.
Straen cnwd ar gyfer dur di-staen austenitig AISI gradd 316 a chyfansoddiad model yn erbyn tymheredd ar gyfer efelychiadau MD. Mesuriadau arbrofol o gyfeiriadau: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81.cyfeiriwch at.(f)82. dynodwyd efelychiadau MD ar raddfa fawr yn yr astudiaeth hon fel \(\vartriangleleft\) ar gyfer grisial sengl anfeidraidd di-nam a \(\vartriangleright\) ar gyfer grawn cyfyngedig gan ystyried maint cyfartalog y grawn trwy'r Dimensiynau perthynas Hall-Petch\(d = 50~\upmu \text {m}\).
Gellir gweld yn \(T>1500~\text {K}\) bod y straen cnwd yn disgyn islaw \(40~\text {MPa}\). Ar y llaw arall, mae amcangyfrifon yn rhagweld bod yr osgled ultrasonic a gynhyrchir gan laser yn fwy na \(40~\text {MPa}\) (gweler Ffig. 4b), sy'n ddigon i gymell llif plastig wedi'i gyfiawnhau yn y deunydd solet poeth.
Ymchwiliwyd yn arbrofol i ffurfiant microstrwythur o ddur di-staen austenitig 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) yn ystod SLM gan ddefnyddio ffynhonnell laser pwls wedi'i modiwleiddio â dwysedd cymhleth.
Canfuwyd gostyngiad maint grawn yn y parth toddi laser oherwydd ail-doddi laser parhaus ar ôl pasio 1, 3 neu 5.
Mae modelu macrosgopig yn dangos mai maint amcangyfrifedig y rhanbarth lle gall anffurfiad ultrasonic effeithio'n gadarnhaol ar y blaen solidification yw hyd at \(1~\text {mm}\).
Mae'r model MD microsgopig yn dangos bod cryfder cynnyrch dur gwrthstaen austenitig AISI 316 wedi'i leihau'n sylweddol i \(40~\text {MPa}\) ger y pwynt toddi.
Mae'r canlyniadau a gafwyd yn awgrymu dull ar gyfer rheoli microstrwythur deunyddiau gan ddefnyddio prosesu laser modiwlaidd cymhleth a gallai fod yn sail ar gyfer creu addasiadau newydd i'r dechneg SLM pwls.
Liu, Y. et al. Esblygiad microstrwythurol a phriodweddau mecanyddol cyfansoddion TiB2/AlSi10Mg yn y fan a'r lle trwy doddi dethol laser [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al.Recrystallization ffin grawn peirianneg o laser toddi dethol o ddur di-staen 316L [J].Journal of Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Datblygu microstrwythurau brechdanau yn y fan a'r lle gyda hydwythedd gwell trwy ailgynhesu laser aloion titaniwm wedi'i doddi â laser.science.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.Additive gweithgynhyrchu o rannau Ti-6Al-4V gan laser dyddodiad metel (LMD): proses, microstructure a priodweddau mecanyddol.J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al.Microstructural modelu o bowdr metel laser cyfeirio dyddodiad ynni o Alloy 718.Add to.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al.Parametric Neutron Bragg Edge Astudiaeth Delweddu o Samplau a Gynhyrchir Ychwanegol a Driniwyd gan Sioc Laser Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al.Gradient microstructure a phriodweddau mecanyddol Ti-6Al-4V ychwanegyn ffugio gan toddi trawst electron.Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).