Köszönjük, hogy meglátogatta a Nature.com webhelyet. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozottan támogatja a CSS-t. A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon frissített böngészőt (vagy kapcsolja ki a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Addig is a folyamatos támogatás érdekében a webhelyet stílus és JavaScript nélkül jelenítjük meg.
A gyártási folyamat során a termékek mikroszerkezetének szabályozására egy új, szelektív lézeres olvasztáson alapuló mechanizmust javasolnak. A mechanizmus nagy intenzitású ultrahanghullámok generálásán alapul az olvadt medencében komplex intenzitásmodulált lézeres besugárzással. Kísérleti vizsgálatok és numerikus szimulációk azt mutatják, hogy ez a szabályozási mechanizmus műszakilag megvalósítható, és hatékonyan integrálható a modern szelektív olvasztógépek tervezésébe.
A komplex alakú alkatrészek additív gyártása (AM) jelentősen megnövekedett az elmúlt évtizedekben. Az adalékos gyártási eljárások sokfélesége ellenére azonban, beleértve a szelektív lézeres olvasztást (SLM)1,2,3, a közvetlen lézeres fémleválasztást4,5,6, az elektronsugaras olvasztást7,8 és másokat9,10, az alkatrészek hibásak lehetnek. Ez elsősorban az olvadt medence nagy fajlagos hűtési folyamatának, a magas szilárdulási folyamatnak, a nagy szilárdulási sebességnek köszönhető. Az olvadó és újraolvadó anyagok11 melegítési ciklusai, amelyek epitaxiális szemcsenövekedéshez és jelentős porozitáshoz vezetnek12,13.Az eredmények azt mutatják, hogy szükség van a termikus gradiensek, a hűtési sebességek és az ötvözet összetételének szabályozására, vagy további fizikai sokkok alkalmazására különböző tulajdonságú külső mezőkön (pl. ultrahang) keresztül a finom, egyenletes szemcseszerkezetek eléréséhez.
Számos publikáció foglalkozik a rezgéskezelésnek a hagyományos öntési eljárások során a megszilárdulási folyamatra gyakorolt ​​hatásával14,15.A ömlesztett ömledékekre azonban külső mező alkalmazása nem eredményezi a kívánt anyagmikrostruktúrát. Ha a folyadékfázis térfogata kicsi, a helyzet drámaian megváltozik. Ebben az esetben a külső tér jelentősen befolyásolja a szilárdulási folyamatot. ,20,21,22,23,24,25,26,27, ívkeverés28 és oszcilláció29, pulzáló plazmaívek30,31 és egyéb módszerek32 .Rögzítés a hordozóhoz külső nagy intenzitású ultrahangforrás segítségével (20 kHz-en). kavitáció révén új kristályokat hoznak létre.
Ebben a munkában az ausztenites rozsdamentes acélok szemcseszerkezetének megváltoztatásának lehetőségét vizsgáltuk úgy, hogy az olvadt medencét az olvasztólézer által keltett hanghullámokkal ultrahangos kezeléssel kezeljük. A fényelnyelő közegre eső lézersugárzás intenzitásmodulációja ultrahanghullámok keletkezését eredményezi, amelyek a meglévő SLM kísérletbe integrálják az anyag mikroszerkezetét. s ebben a munkában olyan rozsdamentes acél lemezeken végeztük, amelyek felületét intenzitásmodulált lézersugárzásnak tették ki.Tehát technikailag lézeres felületkezelés történik. Ha azonban az egyes rétegek felületén ilyen lézeres kezelést végeznek, akkor a rétegenkénti felépítés során a teljes térfogatra vagy a térfogat kiválasztott részeire hatás érhető el. Más szóval, ha a lézeres kezelés rétegenkénti térfogatú felületkezelést jelent, akkor az alkatrész rétegenkénti felületkezelés.
Míg az ultrahangos kürt alapú ultrahangos terápiában az álló hanghullám ultrahang energiája eloszlik a komponensben, míg a lézer által indukált ultrahang intenzitás nagyon koncentrálódik a lézersugárzás elnyelési pontjához közel. Az SLM porágyas fúziós gépben a szonotróda használata bonyolult, mert a porágy felső felülete nem maradhat ki a stacionárius lézersugárzásnak. , az akusztikus feszültség közel nulla, és a részecskesebesség maximális amplitúdója az alkatrész teljes felső felületén van. A hangnyomás a teljes olvadt medencében nem haladhatja meg a hegesztőfej által keltett maximális nyomás 0,1%-át, mivel a 20 kHz frekvenciájú ultrahanghullámok hullámhossza a rozsdamentes acélban általában a {0 kHz-es frekvenciájú }, a ~ \\ sim, mint } \\ sim. 0,3~\text {mm}\).Ezért az ultrahang hatása a kavitációra kicsi lehet.
Meg kell jegyezni, hogy az intenzitásmodulált lézersugárzás alkalmazása a közvetlen lézeres fémleválasztásban a kutatás aktív területe35,36,37,38.
A közegre beeső lézersugárzás hőhatása szinte minden anyagfeldolgozási lézertechnika 39, 40 alapja, mint például a vágás41, hegesztés, edzés, fúrás42, felülettisztítás, felületötvözés, felületpolírozás43 stb. A lézer feltalálása az anyagfeldolgozási technikák új fejleményeit ösztönözte, és az előzetes eredményeket számos áttekintésben4,45 összefoglalták45,45.
Megjegyzendő, hogy a közegre gyakorolt ​​bármilyen nem stacionárius hatás, beleértve az elnyelő közegre gyakorolt ​​lézerhatást is, abban több-kevesebb hatékonysággal akusztikus hullámok gerjesztését eredményezi. Kezdetben a fő hangsúly a folyadékokban lévő hullámok lézeres gerjesztésére és a hang különböző termikus gerjesztési mechanizmusaira irányult (hőtágulás, párolgás, stb., térfogatváltozás,47,47,fázis-összehúzódás). Az egyes monográfiák50, 51, 52 elméleti elemzéseket adnak ennek a folyamatnak és lehetséges gyakorlati alkalmazásainak.
Ezeket a kérdéseket ezt követően különböző konferenciákon megvitatták, és az ultrahang lézeres gerjesztését a lézertechnológia ipari alkalmazásaiban53 és az orvostudományban54 egyaránt alkalmazzák. Ezért úgy tekinthető, hogy kialakult annak a folyamatnak az alapkoncepciója, amelynek során impulzusos lézerfény hat az abszorbeáló közegre. A lézeres ultrahangos vizsgálatot SLM-ben gyártott minták55,56 hibák észlelésére használják.
A lézerrel generált lökéshullámok anyagokra gyakorolt ​​hatása a lézeres sokkolás alapja57,58,59, amelyet az additív gyártású alkatrészek felületkezelésére is alkalmaznak60.A lézeres sokkerősítés azonban nanoszekundumos lézerimpulzusokon és mechanikusan terhelt felületeken (pl. folyadékréteggel)59 a leghatékonyabb, mert a mechanikai terhelés növeli a csúcsnyomást.
Kísérleteket végeztek a különböző fizikai terek megszilárdult anyagok mikroszerkezetére gyakorolt ​​lehetséges hatásainak vizsgálatára. A kísérleti elrendezés funkcionális diagramja az 1. ábrán látható. Szabadon futó üzemmódban működő impulzusos Nd:YAG szilárdtest lézer (impulzus időtartama \(\tau _L \sim 150~\upmu \szöveg impulzus- és sűrűségű szűrőt használtunk). osztólemez-rendszer. A semleges sűrűségű szűrők kombinációjától függően a céltárgy impulzusenergiája \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) és \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) között változik. A sugárosztóról visszavert lézersugarat a sugárelosztóról visszaverődő lézersugarat egyidejűleg egy fotometrikus és hosszú távú adatgyűjtéshez táplálják. A \(1~\text {ms}\)) értéket meghaladó időket használnak a célba való beesés és a célról visszaverődő érték meghatározására, valamint két teljesítménymérőt (rövid válaszidővel rendelkező fotodiódákat\(<10~\text {ns}\)) a beeső és visszavert optikai teljesítmény meghatározására. A kalorimétereket és a teljesítménymérőket úgy kalibrálták, hogy abszolút mértékegységben adják meg az értékeket egy Generáli dielektronikus detektor1 adielektronikus detektor1 DEOc-H2 detektor1 a termopilóta 0 2 detektor segítségével. a minta helyére szerelve. Fókuszálja a sugarat a célpontra egy lencse segítségével (reflexiós bevonat \(1,06 \upmu \text {m}\), gyújtótávolság \(160~\text {mm}\)) és sugár derékkal a célfelületen 60– \(100~\upmu\text {m}).
A kísérleti elrendezés funkcionális sematikus diagramja: 1 – lézer;2-lézersugár;3 – semleges sűrűségű szűrő;4 – szinkronizált fotodióda;5-sugárosztó;6 – membrán;7 – a beeső sugár kalorimétere;8 – a visszavert sugár kalorimétere;9 – beeső sugár teljesítménymérő;10 – visszavert nyaláb teljesítménymérő;11 – fókuszáló lencse;12 – tükör;13 – minta;14 – szélessávú piezoelektromos jelátalakító;15 – 2D konverter;16 – pozicionáló mikrokontroller;17 – szinkronizáló egység;18 – többcsatornás digitális adatgyűjtő rendszer különböző mintavételi frekvenciákkal;19 – személyi számítógép.
Az ultrahangos kezelést a következőképpen végezzük.A lézer szabadon futó üzemmódban működik;ezért a lézerimpulzus időtartama \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), amely több, egyenként körülbelül \(1,5~\upmu \text {s } \) időtartamból áll. A lézerimpulzus időbeli alakja és spektruma egy alacsony frekvenciájú modulációból, kb. szöveg {MHz}\), ahogy a 2. ábra is mutatja.- A frekvenciaburok az anyag melegítését, majd ezt követő olvasztását és elpárologtatását, míg a nagyfrekvenciás komponens a fotoakusztikus hatás miatti ultrahang rezgéseket. A lézer által generált ultrahangimpulzus hullámformáját elsősorban a lézerimpulzus intenzitásának időalakja határozza meg.\(7~\text {kHz}\) és \ (2~\szöveg {MHz}\), a középfrekvencia pedig \(~ 0.7~\text {MHz}\). A fotoakusztikus hatás miatti akusztikus impulzusokat szélessávú polivinilidénből készült piezoelektromos átalakítókkal vették fel. lézerimpulzusok jellemző a szabadon futó üzemmódú lézerre.
A lézerimpulzus-intenzitás (a) és a hangsebesség időbeli eloszlása ​​a minta hátsó felületén (b), a lézerimpulzus (c) és az ultrahangimpulzus (d) spektruma 300 lézerimpulzusra átlagolva (piros görbe) egyetlen lézerimpulzusra (kék görbe).
Egyértelműen megkülönböztethetjük az akusztikai kezelés kisfrekvenciás és nagyfrekvenciás komponenseit, amelyek a lézerimpulzus kisfrekvenciás burkolójának, illetve a nagyfrekvenciás modulációnak felelnek meg.A lézerimpulzus burkológörbe által keltett akusztikus hullámok hullámhossza meghaladja a \(40~\text {cm}\);ezért az akusztikus jel szélessávú nagyfrekvenciás komponenseinek fő hatása a mikroszerkezetre várható.
Az SLM-ben a fizikai folyamatok összetettek, és egyidejűleg zajlanak különböző térbeli és időbeli léptékekben.Ezért a többléptékű módszerek a legalkalmasabbak az SLM elméleti elemzésére.A matematikai modelleknek kezdetben többfizikai jellegűnek kell lenniük.A többfázisú közeg „szilárd-folyadék olvadék” mechanikája és termofizikája kölcsönhatásba lép az SLM-ben hatékony hőterheléssel. Azután következnek az inert gáz atmoszférájának jellemzői.
Fűtési és hűtési sebesség akár \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ a \(10^{13}~\text {W} cm}^2\ teljesítménysűrűségű helyi lézersugárzásnak köszönhetően).
Az olvadási-szilárdulási ciklus 1 és \(10~\text {ms}\) között tart, ami hozzájárul az olvadási zóna gyors megszilárdulásához a hűtés során.
A minta felületének gyors felmelegedése nagy termoelasztikus feszültségek kialakulását eredményezi a felületi rétegben. A porréteg elegendő (akár 20%-a) része erősen elpárolog63, ami a lézeres abláció hatására további nyomásterhelést eredményez a felületen. Következésképpen az indukált feszültség jelentősen torzítja az alkatrész geometriáját, különösen a lézeres hőemelkedést eredményezi a nagy pulzusos támasztékok közelében. nyúlási hullámok, amelyek a felületről az aljzatra terjednek.A lokális feszültség- és alakváltozás-eloszlás pontos mennyiségi adatainak megszerzése érdekében a hő- és tömegátadással konjugált rugalmas alakváltozási probléma mezoszkópikus szimulációját végezzük.
A modell irányító egyenletei közé tartoznak (1) instabil hőátadási egyenletek, ahol a hővezető képesség függ a fázisállapottól (por, olvadék, polikristályos) és a hőmérséklettől, (2) a rugalmas deformáció ingadozása kontinuum abláció után és a termoelasztikus tágulási egyenlet. A határérték problémát a lézeres felületi konverziós hővezetési kísérleti feltételek határozzák meg. párolgási fluxus.A tömegáramot a párolgó anyag telített gőznyomásának számítása alapján határozzuk meg.Az elasztoplasztikus feszültség-nyúlás összefüggést akkor használjuk, ha a termoelasztikus feszültség arányos a hőmérséklet-különbséggel.Névleges teljesítmény esetén \(300~\text {W}\), frekvencia \(10^5~\text {Hz) }(10^5~\text {Hz) az effektív nyalábátmérőtől.
A 3. ábra az olvadt zóna numerikus szimulációjának eredményeit mutatja makroszkopikus matematikai modell segítségével. A fúziós zóna átmérője \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) sugár) és \(40~\upmu \text {m}\) szöveg, amely a felszíni hőmérséklet 1 mélységét 0, mint a felszíni hőmérséklet 0 változó. {K}\) az impulzusmoduláció magas szaggatott tényezője miatt. A fűtési \(V_h\) és hűtési \(V_c\) sebesség \(10^7\) és \(10^6~\text {K}/\text {s}\) nagyságrendű. Ezek az értékek jó egyezést mutatnak a korábbi \(V_h\) és \4 nagyságrendű_ V és \4 nagyságrendű különbséggel. a felületi réteg gyors túlmelegedését eredményezi, ahol az aljzathoz való hővezetés nem elegendő a hő eltávolításához.Ezért \(t=26~\upmu \text {s}\) a felületi hőmérséklet eléri a \(4800~\text {K}\) csúcsot. Az anyag erőteljes párolgása túlzott nyomásnak és a minta felületének leválását okozhatja.
Egy lézerimpulzusos hőkezelés olvadási zónájának numerikus szimulációs eredményei 316 literes mintalemezen. Az impulzus kezdetétől az olvadt medence maximális értékének eléréséhez szükséges idő \(180~\upmu\text {s}\). Az izoterma\(T = T_L = 1723~\text {K}\) a folyadék és a szilárd fázis közötti vonalnak felel meg. a hőmérséklet függvényében számolt folyási feszültséget a következő részben. Ezért a két izolin közötti tartományban (izotermák\(T=T_L\) és izobárok\(\sigma =\sigma _V(T)\)) a szilárd fázis erős mechanikai terhelésnek van kitéve, ami a mikroszerkezet változásához vezethet.
Ezt a hatást tovább magyarázza a 4a. ábra, ahol a nyomásszint az olvadt zónában az idő és a felülettől való távolság függvényében van ábrázolva. Először is, a nyomás viselkedése a lézerimpulzus intenzitásának a fenti 2. ábrán leírt modulációjával függ össze. A maximális nyomás \text{s}\) kb. \(10~\text {MPa}\) volt, a helyi nyomás kb. A vezérlőpont ugyanazokkal az oszcillációs jellemzőkkel rendelkezik, mint a \(500~\text {kHz}\) frekvenciája. Ez azt jelenti, hogy ultrahang nyomáshullámok keletkeznek a felületen, majd továbbterjednek a hordozóba.
Az olvadási zóna közelében lévő deformációs zóna számított jellemzőit a 4b. ábra mutatja. A lézeres abláció és a termoelasztikus feszültség rugalmas deformációs hullámokat generál, amelyek az aljzatba terjednek. Amint az ábrán látható, a feszültségképzésnek két szakasza van. felületi nyomás.Ez a feszültség a lézeres abláció miatt következik be, és nem figyeltek meg termoelasztikus feszültséget a vezérlőpontokban, mert a kezdeti hőhatás zóna túl kicsi volt.Amikor hő disszipálódik az aljzatba, a szabályozási pont nagy, \(40~\text {MPa}\) feletti termoelasztikus feszültséget generál.
A kapott modulált feszültségszintek jelentős hatást gyakorolnak a szilárd-folyadék határfelületre, és a megszilárdulási útvonalat irányító szabályozó mechanizmusok lehetnek. A deformációs zóna mérete 2-3-szor nagyobb, mint az olvadási zónáé. A 3. ábrán látható módon az olvadási izoterma elhelyezkedését és a folyási feszültséggel megegyező feszültségszintet hasonlítjuk össze. Ez azt jelenti, hogy az impulzusos lézer besugárzása lokálisan nagy átmérőjű mechanikai terhelés mellett 3\0 és ~0 között. mu \text {m}\) a pillanatnyi időtől függően.
Emiatt az impulzusos lézerrel végzett lágyítás komplex modulációja ultrahangos hatáshoz vezet. A mikrostruktúra szelekciós útja más, mint az ultrahangos terhelés nélküli SLM-hez képest. A deformálódott instabil régiók periodikus kompressziós és nyújtási ciklusokhoz vezetnek a szilárd fázisban. Így új szemcsehatárok és részszemcsehatárok kialakulása lehetséges, az alábbiakban bemutatott szándékosan megváltozott mikroszerkezeti tulajdonságok lehetségesek. lehetőséget biztosítanak egy impulzusmoduláció-indukált ultrahangvezérelt SLM prototípus tervezésére. Ebben az esetben a máshol használt 26 piezoelektromos induktor kizárható.
(a) Nyomás az idő függvényében, a felülettől különböző távolságokra számítva 0, 20 és \(40~\upmu \text {m}\) a szimmetriatengely mentén.(b) Időfüggő Von Mises feszültség szilárd mátrixban számított 70, 120 és \(170~\upmu) \text távolságra a minta felületétől.
A kísérleteket AISI 321H rozsdamentes acél lemezeken végezték, amelyek méretei \(20\x 20\x 5~\text {mm}\). Minden lézerimpulzus után a lemez \(50~\upmu \text {m}\) elmozdul, és a lézersugár derékszöge a célfelületen kb. \(100 \\\ ezt követő \u\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ következő \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ minden egyes impulzus után mozog). nyomvonal a feldolgozott anyag újraolvasztásának indukálására szemcsefinomítás céljából.Minden esetben az újraolvasztott zónát ultrahanggal kezelték, a lézersugárzás oszcillációs komponensétől függően.Ez az átlagos szemcseterület több mint 5-szörös csökkenését eredményezi.Az 5. ábra azt mutatja, hogy a lézerrel megolvasztott régió mikrostruktúrája hogyan változik a következő újraolvasztási ciklusok számával (passseses ciklusok).
Subplots (a,d,g,j) és (b,e,h,k) – lézerrel olvadt régiók mikrostruktúrája, alterületek (c,f,i,l) – színes szemcsék területi eloszlása.Az árnyékolás a hisztogram kiszámításához használt részecskéket jelenti. A színek a szemcserégióknak felelnek meg (lásd a színsávot a hisztogram tetején. A részterületek (ac) a kezeletlen rozsdamentes acélnak, a részterületek (df), (gi), (jl) pedig 1, 3 és 5 újraolvadásnak felelnek meg.
Mivel a lézerimpulzus energiája nem változik a következő lépések között, az olvadt zóna mélysége azonos. Így a következő csatorna teljesen „lefedi” az előzőt. A hisztogram azonban azt mutatja, hogy az átlagos és a medián szemcsefelület az áthaladások számának növekedésével csökken. Ez arra utalhat, hogy a lézer nem az olvadékra, hanem a hordozóra hat.
A szemcsefinomulást az olvadt medence gyors lehűlése okozhatja65. Egy másik kísérletsorozat során a rozsdamentes acéllemezek (321H és 316L) felületeit folyamatos hullámú lézersugárzásnak tették ki atmoszférában (6. ábra) és vákuumban (7. ábra). Az átlagos lézerteljesítmény (300 W, illetve a kísérleti medencemélység: 10 AG) közelít lézer szabadon futó üzemmódban.Tipikus oszlopos szerkezetet figyeltünk meg azonban.
Folyamatos hullámú lézer lézerrel megolvasztott tartományának mikrostruktúrája (300 W állandó teljesítmény, 200 mm/s pásztázási sebesség, AISI 321H rozsdamentes acél).
(a) Mikrostruktúra és (b) a lézerrel megolvadt régió elektron-visszaszórásos diffrakciós képei vákuumban folyamatos hullámú lézerrel (100 W állandó teljesítmény, 200 mm/s pásztázási sebesség, AISI 316L rozsdamentes acél)\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Ezért egyértelműen kimutatható, hogy a lézerimpulzus-intenzitás komplex modulációja jelentős hatással van a kialakuló mikrostruktúrára. Úgy gondoljuk, hogy ez a hatás mechanikai jellegű, és az olvadék besugárzott felületéről a mintába mélyedő ultrahang rezgések keletkezésének köszönhető. Hasonló eredményeket kaptunk a 13, 26, 34, 66, 66, 67, 66, 66 és 67 magas elektromágneses ultrahangos transzintenzitású transzintenzitás során. Különféle anyagok, köztük a 26. Ti-6Al-4V ötvözet és a 34. rozsdamentes acél az eredménye. A lehetséges mechanizmust a következőképpen feltételezik.Az intenzív ultrahang akusztikus kavitációt okozhat, amint azt az ultragyors in situ szinkrotron röntgenképalkotás is kimutatta. A kavitációs buborékok összeomlása viszont {molenes anyagból \0} lökéshullámokat generál, amelyek elülső részén \0\0) 9. Az ilyen lökéshullámok elég erősek lehetnek ahhoz, hogy elősegítsék a kritikus méretű szilárd fázisú magok képződését ömlesztett folyadékokban, megzavarva a rétegenkénti adalékanyaggyártás tipikus oszlopos szemcseszerkezetét.
Itt egy másik mechanizmust javasolunk, amely az intenzív ultrahanggal történő szerkezetmódosításért felelős. Közvetlenül a megszilárdulás után az anyag az olvadásponthoz közeli magas hőmérsékleten van, és rendkívül alacsony folyási feszültséggel rendelkezik. Az intenzív ultrahanghullámok miatt a plasztikus áramlás megváltoztathatja a forró, éppen megszilárdult anyag szemcseszerkezetét. A folyási feszültség hőmérséklet-függésére azonban megbízható kísérleti adatok állnak rendelkezésre. ).Ezért ennek a hipotézisnek a teszteléséhez az AISI 316 L acélhoz hasonló Fe-Cr-Ni összetételű molekuláris dinamikai (MD) szimulációkat végeztünk az olvadáspont közelében tapasztalható folyási feszültség viselkedésének értékelése céljából.A folyási feszültség kiszámításához a 70, 71, 72-ben részletezett MD nyírófeszültség relaxációs technikát alkalmaztuk. 74. Az MD szimulációkat LAMMPS kódokkal végeztük 75, 76. Az MD szimulációk részleteit máshol közöljük. A folyási feszültség MD számítási eredményeit a hőmérséklet függvényében a 8. ábra mutatja a rendelkezésre álló kísérleti adatokkal és egyéb értékelésekkel77,78,79,80,81,82.
AISI 316-os fokozatú ausztenites rozsdamentes acél folyási feszültsége és a modell összetétele a hőmérséklet függvényében MD-szimulációkhoz. Kísérleti mérések referenciákból: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81.lásd. (f)82 a gyártási feszültségfüggés empirikus additív feszültség-hőmérséklet-mérési modellje. A nagyméretű MD-szimulációk eredményei ebben a tanulmányban \(\vartriangleft\) hibamentes végtelen egykristály esetén és \(\vartriangleright\) véges szemcsék esetén, figyelembe véve az átlagos szemcseméretet a Hall-Petch reláción keresztül Dimensions\(d = 50~\upmu \text {m}).
Látható, hogy \(T>1500~\text {K}\) a folyási feszültség \(40~\text {MPa}\) alá esik. Másrészt a becslések szerint a lézer által generált ultrahang amplitúdó meghaladja a \(40~\text {MPa}\) értéket (lásd 4b. ábra), ami elegendő ahhoz, hogy a forró műanyagban éppen szilárd áramlást keltsen.
A 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) ausztenites rozsdamentes acél mikrostruktúra kialakulását SLM során kísérletileg vizsgáltuk komplex intenzitásmodulált impulzusos lézerforrás segítségével.
A lézeres olvasztási zónában szemcseméret-csökkenést tapasztaltunk a folyamatos lézeres újraolvasztással 1, 3 vagy 5 menet után.
A makroszkópos modellezés azt mutatja, hogy annak a régiónak a becsült mérete, ahol az ultrahangos deformáció pozitívan befolyásolhatja a szilárdulási frontot, legfeljebb \(1~\text {mm}\).
A mikroszkopikus MD modell azt mutatja, hogy az AISI 316 ausztenites rozsdamentes acél folyáshatára jelentősen lecsökken \(40~\text {MPa}\) értékre az olvadáspont közelében.
A kapott eredmények egy komplex modulált lézeres feldolgozást alkalmazó eljárást javasolnak az anyagok mikroszerkezetének szabályozására, és alapul szolgálhatnak az impulzusos SLM technika új módosításainak létrehozásához.
Liu, Y. et al.In situ TiB2/AlSi10Mg kompozitok mikroszerkezeti evolúciója és mechanikai tulajdonságai lézeres szelektív olvasztással [J].J.Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al.Recrystallization grain boundary engineering 316L rozsdamentes acél lézeres szelektív olvasztásához [J].Journal of Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Fokozott rugalmasságú szendvics mikrostruktúrák in situ fejlesztése lézerrel megolvasztott titánötvözetek lézeres újramelegítésével.tudomány.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.Ti-6Al-4V alkatrészek additív gyártása lézeres fémleválasztással (LMD): folyamat, mikrostruktúra és mechanikai tulajdonságok.J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al.Microstructural modeling of laser metal por directed energy deposition of Alloy 718.Add to.manufacture.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. és mtsai. Paraméteres neutron Bragg Edge Imaging Study of Additive Manufactured Samples Treated Laser Shock Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al.Az elektronsugaras olvasztással additív módon előállított Ti-6Al-4V gradiens mikrostruktúrája és mechanikai tulajdonságai. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).