Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет. Сіз пайдаланып жатқан шолғыш нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе алу үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Әзірге қолдауды жалғастыру үшін сайтты сәндеусіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Өндіріс процесінде өнімдердің микроқұрылымын бақылау үшін таңдамалы лазерлік балқытуға негізделген жаңа механизм ұсынылады. Механизм балқытылған бассейнде күрделі қарқындылықпен модуляцияланған лазерлік сәулелену арқылы жоғары қарқынды ультрадыбыстық толқындарды генерациялауға негізделген. Эксперименттік зерттеулер мен сандық модельдеу бұл басқару механизмін заманауи таңдамалы дизайнға және техникалық тұрғыдан тиімді түрде біріктіруге болатындығын көрсетеді. машиналар.
Күрделі пішінді бөлшектердің қосымша өндірісі (АМ) соңғы онжылдықтарда айтарлықтай өсті. Дегенмен, таңдаулы лазерлік балқыту (SLM) 1,2,3, металды тікелей лазермен тұндыру4,5,6, электронды сәулемен балқыту7,8 және басқалары9,10 сияқты қоспаларды өндіру процестерінің әртүрлілігіне қарамастан, оның негізгі бөлігінің қаттылығының ерекшелігі қатты болуы мүмкін. жоғары термиялық градиенттермен, жоғары салқындату жылдамдығымен және балқыту және қайта балқыту материалдарындағы қыздыру циклдерінің күрделілігімен байланысты процесс11, бұл эпитаксиалды дәннің өсуіне және айтарлықтай кеуектілікке әкеледі12,13.Нәтижелер көрсеткендей, термиялық градиенттерді, салқындату жылдамдығын және қорытпа құрамын бақылау немесе жұқа тепе-тең дәндік құрылымдарға қол жеткізу үшін әртүрлі қасиеттердің сыртқы өрістері (мысалы, ультрадыбыстық) арқылы қосымша физикалық соққылар қолдану қажет.
Көптеген жарияланымдар кәдімгі құю процестерінде дірілмен өңдеудің қатаю процесіне әсерімен айналысады14,15. Алайда, көлемді балқымаларға сыртқы өрісті қолдану қажетті материалдың микроқұрылымын бермейді. Егер сұйық фазаның көлемі аз болса, жағдай күрт өзгереді. Бұл жағдайда сыртқы өріс қатаю процесінде қатты магниттік өріске айтарлықтай әсер етеді. ,19,20,21,22,23,24,25,26,27, доғаны араластыру28 және тербеліс29, импульстік плазмалық доғалар30,31 және басқа әдістер32 .Сыртқы жоғары қарқынды ультрадыбыстық көзді пайдаланып субстратқа бекітіңіз (20 кГц жиілікте). төмендетілген температура градиенті және кавитация арқылы жаңа кристаллиттер жасау үшін ультрадыбысты жақсарту.
Бұл жұмыста біз балқытылған лазердің өзі тудыратын дыбыс толқындарымен балқытылған бассейнді ультрадыбыстық күйге келтіру арқылы аустенитті тот баспайтын болаттардың түйіршік құрылымын өзгерту мүмкіндігін зерттедік. Жарық жұтатын ортаға түсетін лазерлік сәулеленудің қарқындылығын модуляциялау нәтижесінде материалдың микроқұрылымын модуляциялауға қабілетті ультрадыбыстық толқындар пайда болады. бар SLM 3D принтерлеріне оңай біріктіріледі. Бұл жұмыстағы тәжірибелер тот баспайтын болаттан жасалған пластиналарда орындалды, олардың беттері қарқындылығы бойынша модуляцияланған лазерлік сәулеленуге ұшырайды. Сонымен, техникалық түрде, лазерлік өңдеу жүргізіледі. Алайда, егер мұндай лазерлік өңдеу әрбір қабаттың бетінде орындалса, қабат-қабат немесе таңдалған бөліктерде көлемнің барлық бөлігінде, егер таңдалған болса, бүкіл көлемге қол жеткізуге болады. қабат-қабат құрастырылған, әрбір қабаттың бетін лазермен өңдеу «лазерлік көлемді өңдеуге» тең.
Ультрадыбыстық мүйізге негізделген ультрадыбыстық терапияда, тұрақты дыбыс толқынының ультрадыбыстық энергиясы құрамдас бөлікке таратылады, ал лазерден туындаған ультрадыбыстық қарқындылық лазер сәулесі жұтылатын нүктеге жақын жерде жоғары шоғырланған. SLM ұнтақ төсегінің термоядролық аппаратында sonotrode пайдалану күрделі, өйткені ұнтақ радиациясының үстіңгі қабатында механикалық радиация қалмауы керек. бөліктің үстіңгі бетіндегі кернеу.Сондықтан, акустикалық кернеу нөлге жақын және бөлшектердің жылдамдығы бөлшектің бүкіл үстіңгі бетінде максималды амплитудаға ие. Бүкіл балқытылған бассейннің ішіндегі дыбыс қысымы дәнекерлеу бастиегі тудыратын максималды қысымның 0,1% аспауы керек, себебі ультрадыбыстық толқындардың толқын ұзындығы болат жиілігімен \~3\mext {~0mt. ) және Тереңдігі әдетте \(\sim 0,3~\text {мм}\ мәнінен аз болады. Сондықтан ультрадыбыстың кавитацияға әсері аз болуы мүмкін.
Металды тікелей лазермен тұндыру кезінде қарқындылығы модуляцияланған лазерлік сәулеленуді қолдану зерттеудің белсенді бағыты болып табылатынын атап өткен жөн35,36,37,38.
Лазерлік сәулеленудің ортаға түсуінің жылулық әсері материалды өңдеуге арналған кесу41, дәнекерлеу, шыңдау, бұрғылау42, бетті тазалау, бетті легирлеу, бетті жылтырату43 және т.б. сияқты барлық дерлік лазерлік әдістер 39, 40 үшін негіз болып табылады. ,46.
Айта кету керек, ортадағы кез келген стационарлы емес әрекет, соның ішінде жұтатын ортаға әсер ету, ондағы азды-көпті тиімділікпен акустикалық толқындардың қоздырылуына әкеледі. Бастапқыда негізгі назар сұйықтардағы толқындардың лазерлік қоздырылуына және дыбыстың әртүрлі жылулық қоздыру механизмдеріне (жылулық кеңею, булану, ауысу фазасы, көлемінің өзгеруі, 74, т.б.) аударылды. Ерекше монографиялар50, 51, 52 осы процестің теориялық талдауларын және оның мүмкін болатын практикалық қолданылуын қамтамасыз етеді.
Бұл мәселелер кейіннен әртүрлі конференцияларда талқыланды және ультрадыбысты лазерлік қоздыру лазерлік технологияның53 және медицинаның54 өнеркәсіптік қолданбаларында да қолданылады.Сондықтан импульстік лазер сәулесінің сіңіргіш ортаға әсер ететін процесінің негізгі тұжырымдамасы белгіленді деп санауға болады. Лазерлік ультрадыбыстық тексеру SLM-56 үлгісінің ақауларын анықтау үшін қолданылады.
Лазермен жасалған соққы толқындарының материалдарға әсері лазерлік соққының негізі болып табылады57,58,59, ол сондай-ақ аддитивті түрде дайындалған бөліктердің бетін өңдеу үшін қолданылады60. Дегенмен, лазерлік соққыны күшейту наносекундтық лазер импульстарында және механикалық жүктелген беттерде ең тиімді (мысалы, сұйықтықтың қысымын жоғарылататын қабатпен) механикалық жүктеме59.
Әртүрлі физикалық өрістердің қатайған материалдардың микроқұрылымына ықтимал әсерін зерттеу үшін эксперименттер жүргізілді. Тәжірибелік қондырғының функционалдық диаграммасы 1-суретте көрсетілген. Еркін жұмыс режимінде жұмыс істейтін импульстік Nd:YAG қатты күйдегі лазер (импульстің ұзақтығы \(\tau _L \sim 150~} импульс сериясы қолданылған). тығыздық сүзгілері және сәулені бөлуші пластина жүйесі. Бейтарап тығыздық сүзгілерінің тіркесіміне байланысты нысанадағы импульстік энергия \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) аралығында өзгереді. , және екі калориметр (ұзақ жауап беру уақыты \(1~\text {ms}\) асатын фотодиодтар) нысанаға түскен және одан шағылысқан оқиғаны анықтау үшін және екі қуат өлшегіш (жауап беру уақыты қысқа фотодиодтар\(<10~\text {ns}\)) түскен және шағылысқан оптикалық қуатты анықтау үшін қолданылады. LP12-3S-H2-D0 және үлгі орнына орнатылған диэлектрлік айна. Объективті (\(1,06 \upmu \text {m}\ шағылысуға қарсы жабын), фокустық қашықтығы \(160~\мәтін {мм}\)) және нысана бетіндегі сәуленің белі \~00m(м\~ext {100m) көмегімен нысанаға сәулені бағыттаңыз.
Тәжірибелік қондырғының функционалды схемалық схемасы: 1—лазер;2— лазер сәулесі;3— бейтарап тығыздық сүзгісі;4—синхрондалған фотодиод;5— сәулені бөлгіш;6 — диафрагма;7— түскен сәуленің калориметрі;8 – шағылған сәуленің калориметрі;9 – түскен сәуленің қуат өлшегіші;10 – шағылысқан сәуленің қуатын өлшегіш;11 – фокустау линзасы;12 – айна;13 – үлгі;14 – кең жолақты пьезоэлектрлік түрлендіргіш;15 – 2D түрлендіргіш;16 – позициялау микроконтроллері;17 – синхрондау блогы;18 – әртүрлі іріктеу жылдамдығымен көп арналы сандық алу жүйесі;19 – дербес компьютер.
Ультрадыбыстық өңдеу келесідей жүзеге асырылады. Лазер еркін жұмыс режимінде жұмыс істейді;сондықтан лазерлік импульстің ұзақтығы \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), ол әрқайсысы шамамен \(1,5~\upmu \text {s } \) көп ұзақтықтардан тұрады. Лазер импульсінің уақытша пішіні және оның спектрі төмен жиілікті конверттен және орташа жиілікті {0-ға жуық модульден тұрады. Гц}\), 2-суретте көрсетілгендей.- Жиілік конверт материалдың қыздырылуын және одан кейінгі балқуын және булануын қамтамасыз етеді, ал жоғары жиілікті құрамдас фотоакустикалық әсерге байланысты ультрадыбыстық тербелістерді қамтамасыз етеді. Лазермен жасалған ультрадыбыстық импульстің толқын пішіні негізінен лазер импульсінің қарқындылығының уақыттық пішінімен анықталады.Ол \(7~\мәтін {кГц}\) бастап \ (2~\мәтін {МГц}\) аралығында, ал орталық жиілігі \(~ 0,7~\мәтін {МГц}\). Фотоакустикалық әсерге байланысты акустикалық импульстар поливинилиденнен жасалған кең жолақты пьезоэлектрлік түрлендіргіштердің көмегімен жазылған және оның пішінді толқын пішінінде жазылмағаны 2-сурет. лазерлік импульстердің саны еркін жұмыс істейтін лазерге тән.
Лазер импульсінің қарқындылығының уақытша таралуы (a) және үлгінің артқы бетіндегі дыбыс жылдамдығы (b), лазер импульсінің спектрлері (c) және ультрадыбыстық импульс (d) бір лазерлік импульс үшін (көк қисық) орташа 300 лазер импульсінен (қызыл қисық) .
Біз сәйкесінше лазерлік импульстің төмен жиілікті конвертіне және жоғары жиілікті модуляцияға сәйкес келетін акустикалық өңдеудің төмен жиілікті және жоғары жиілікті құрамдастарын анық ажырата аламыз.Лазерлік импульстік конверттен туындаған акустикалық толқындардың толқын ұзындығы \(40~\text {см-ден асады);сондықтан микроқұрылымға акустикалық сигналдың кең жолақты жоғары жиілікті компоненттерінің негізгі әсері күтіледі.
SLM-дегі физикалық процестер күрделі және әр түрлі кеңістіктік және уақыттық масштабта бір уақытта жүреді. Сондықтан көп масштабты әдістер SLM теориялық талдауы үшін ең қолайлы болып табылады. Математикалық модельдер бастапқыда көп физикалық болуы керек. Көпфазалы ортаның механикасы мен термофизикасы «қатты-сұйық балқыма» көпфазалы ортаның механикасы және термофизикасы, содан кейін SLM материалындағы әсер етуші атмосфераның әсер етуші сипаттамалары болуы мүмкін. төмендегідей.
Қуат тығыздығы \(10^{13}~\text {W} см}^2\) локализацияланған лазерлік сәулеленуге байланысты \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ дейін қыздыру және салқындату жылдамдығы.
Балқу-қатығу циклі 1 мен \(10~\text {ms}\) аралығында созылады, бұл салқындату кезінде балқу аймағының тез қатаюына ықпал етеді.
Үлгі бетін жылдам қыздыру беткі қабатта жоғары термосерпімді кернеулердің пайда болуына әкеледі. Ұнтақ қабатының жеткілікті бөлігі (20%-ға дейін) қатты буланады63, бұл лазерлік абляцияға жауап ретінде бетке қосымша қысым жүктемесін тудырады. Демек, индукцияланған деформация, әсіресе жақын орналасқан бөліктердің геометриясының қызу жылдамдығын және импульстік геометрияны айтарлықтай бұзады. лазерлік жасыту бетінен субстратқа таралатын ультрадыбыстық деформация толқындарының генерациясына әкеледі. Жергілікті кернеу мен деформацияның таралуы туралы нақты сандық деректерді алу үшін жылу мен масса алмасуға конъюгацияланған серпімді деформация мәселесін мезоскопиялық модельдеу орындалады.
Модельдің басқарушы теңдеулері мыналарды қамтиды: (1) жылу өткізгіштігі фазалық күйге (ұнтақ, балқыма, поликристалды) және температураға тәуелді тұрақсыз жылу алмасу теңдеулері, (2) үздіксіз абляциядан кейінгі серпімді деформацияның ауытқуы және термосерпімді кеңею теңдеуі. Шекаралық есеп үлгісінің салқындату ағынының эксперименталды анықталатын салқындату ағыны арқылы анықталады. алмасу және булану ағыны. Массалық ағын булану материалының қаныққан бу қысымын есептеу негізінде анықталады. Эластопластикалық кернеу-деформация байланысы термосерпімді кернеу температура айырмашылығына пропорционалды жерде қолданылады. Номиналды қуат үшін \(300~\text {W}\), жиілік \(10^5~\0mext {{W}\t), жиілік \(10^5~\0mext {{~\text {{W}\\t) \text {m}\ ) тиімді сәуленің диаметрі.
3-суретте балқытылған аймақты макроскопиялық математикалық модель арқылы сандық модельдеу нәтижелері көрсетілген. Біріктіру аймағының диаметрі \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) радиусы) және \(40~\upmu \text {m}\) радиусы жергілікті жердің температурасын {m}0} температураға сәйкес көрсетеді. 0~\text {K}\) импульстік модуляцияның жоғары үзік-үзік факторына байланысты. Қыздыру \(V_h\) және салқындату \(V_c\) жылдамдықтары сәйкесінше \(10^7\) және \(10^6~\text {K}/\text {s}\) тәртібінде болады. _c\) беткі қабаттың тез қызып кетуіне әкеледі, мұнда субстратқа жылу өткізгіштігі жылуды кетіру үшін жеткіліксіз. Сондықтан, \(t=26~\upmu \text {s}\) кезінде беттің температурасы \(4800~\text {K}\) шыңына жетеді. Материалдың қатты булануы материалдың шамадан тыс қысымға ұшырап кетуіне әкелуі мүмкін.
316L үлгі пластинасындағы бір лазерлік импульстік күйдіру балқу аймағының сандық модельдеу нәтижелері. Импульстің басынан балқыған бассейннің тереңдігіне дейінгі максималды мәнге жеткенге дейінгі уақыт \(180~\upmu\text {s}\).Изотерма\(T = T_L = 1723~)\мәтін сұйық және сұйық фазаның арасындағы төменгі сары болып табылады. сызықтар) келесі бөлімде температураның функциясы ретінде есептелген шығымдылық кернеуіне сәйкес келеді. Сондықтан екі изосызық (изотермалар\(T=T_L\) және изобарлар\(\сигма =\сигма _V(T)\)) арасындағы доменде қатты фаза күшті механикалық жүктемелерге ұшырайды, бұл микроқұрылымның өзгеруіне әкелуі мүмкін.
Бұл әсер әрі қарай 4a-суретте түсіндіріледі, мұнда балқыған аймақтағы қысым деңгейі бетінен уақыт пен қашықтықтың функциясы ретінде сызылады. Біріншіден, қысым әрекеті жоғарыдағы 2-суретте сипатталған лазерлік импульс қарқындылығының модуляциясымен байланысты. Максималды қысым \text{s}\) шамамен \(10~\text {MPa}\)=$$$$$$-ға жуық жергілікті деңгейде байқалды. бақылау нүктесіндегі қысым \(500~\text {kHz}\ жиілігі сияқты тербеліс сипаттамаларына ие. Бұл ультрадыбыстық қысым толқындары бетінде пайда болып, содан кейін субстратқа таралатынын білдіреді.
Балқу аймағының жанындағы деформация аймағының есептелген сипаттамалары 4б-суретте көрсетілген.Лазерлік абляция және термосерпімді кернеу субстратқа таралатын серпімді деформация толқындарын тудырады. Суреттен көрініп тұрғандай, кернеудің пайда болуының екі сатысы бар. Бірінші фазада \(t < 40~}\upmu \text {\text {8 МП {\ss көтеріледі. беттік қысымға ұқсас модуляция. Бұл кернеу лазерлік абляцияға байланысты пайда болады және бастапқы жылу әсер ететін аймақ тым кішкентай болғандықтан бақылау нүктелерінде термосерпімді кернеу байқалмады. Жылу субстратқа тараған кезде, басқару нүктесі \(40~\text {МПа}\) жоғары термосерпімді кернеуді тудырады.
Алынған модуляцияланған кернеу деңгейлері қатты-сұйықтық интерфейсіне айтарлықтай әсер етеді және қатаю жолын реттейтін басқару механизмі болуы мүмкін. Деформация аймағының өлшемі балқу аймағынан 2-3 есе үлкен. 3-суретте көрсетілгендей, балқу изотермасының орналасуы және кернеу деңгейі шығымдылық деңгейіне тең, бұл жергілікті импульсті кернеуді механикалық радиациямен салыстыруды қамтамасыз етеді. диаметрі лездік уақытқа байланысты 300 және \(800~\upmu \text {m}\) аралығында.
Сондықтан, импульстік лазерлік жасытудың күрделі модуляциясы ультрадыбыстық әсерге әкеледі. Микроқұрылымды таңдау жолы ультрадыбыстық жүктемесіз SLM-мен салыстырғанда әр түрлі болады. Деформацияланған тұрақсыз аймақтар қатты фазадағы қысу және созылу кезеңдік циклдарына әкеледі. Осылайша, жаңа астық шекараларының қалыптасуы және астық астығының шекаралары үшін микроқұрылымның бұзылуы мүмкін. төменде көрсетілгендей. Алынған қорытындылар импульстік модуляциямен индукцияланған ультрадыбыстық басқарылатын SLM прототипін жобалау мүмкіндігін береді. Бұл жағдайда басқа жерде пайдаланылатын пьезоэлектрлік индуктор 26 алынып тасталуы мүмкін.
(a) Симметрия осі бойымен 0, 20 және \(40~\upmu \text {m}\) бетінен әр түрлі қашықтықта есептелетін уақыт функциясы ретінде қысым.(b) Үлгі бетінен 70, 120 және \(170~\upmu\t) қашықтықтағы қатты матрицада есептелген уақытқа тәуелді Вон Мизес кернеуі.
Тәжірибелер өлшемдері \(20\20\рет 5~\text {мм}\) AISI 321H тот баспайтын болаттан жасалған пластиналарда орындалды. Әрбір лазерлік импульстен кейін пластина \(50~\upmu \text {m}\) қозғалады, ал нысана бетіндегі лазер сәулесінің белі шамамен 5                    өтеді. Дәнді тазарту үшін өңделген материалды қайта балқыту үшін бір жол бойымен орындалады. Барлық жағдайларда лазерлік сәулеленудің тербелмелі құрамдас бөлігіне байланысты қайта балқытылған аймақ ультрадыбыстық күйге келтірілді. Бұл орташа астық алаңының 5 еседен астам азаюына әкеледі. 5-суретте балқытылған аймақтың микроқұрылымының балқытулар санының қайталану циклдерімен қалай өзгеретіні көрсетілген.
Қосалқы сызбалар (a,d,g,j) және (b,e,h,k) – лазермен балқытылған аймақтардың микроқұрылымы, қосалқы графиктер (c,f,i,l) – түсті дәндердің аумақтық таралуы.Көлеңкелеу гистограмманы есептеу үшін пайдаланылатын бөлшектерді көрсетеді. Түстер астық аймақтарына сәйкес келеді (гистограмманың жоғарғы жағындағы түс жолағын қараңыз. Ішкі сызбалар (ac) өңделмеген тот баспайтын болатқа, ал ішкі сызбалар (df), (gi), (jl) 1, 3 және 5 балқымаларға сәйкес келеді.
Лазер импульсінің энергиясы кейінгі өтулер арасында өзгермейтіндіктен, балқытылған аймақтың тереңдігі бірдей болады. Осылайша, кейінгі арна алдыңғыны толығымен «жабады». Алайда гистограмма орташа және орташа астық ауданы өту санының артуымен азаятынын көрсетеді. Бұл лазердің субстратқа емес, маған әсер ететінін көрсетуі мүмкін.
Дәннің тазартылуы балқытылған бассейннің жылдам салқындауы нәтижесінде туындауы мүмкін65. Тағы бір тәжірибелер жинағы жүргізілді, онда тот баспайтын болаттан жасалған пластиналардың (321H және 316L) беттері атмосферада (6-сурет) және вакуумда (сурет 7) үздіксіз толқынды лазерлік сәулеленуге ұшырады. Лазердің орташа қуаты және мольдік қуаттылығы (300-ға жуық Вт және 300 Вт) сәйкес келеді. Nd:YAG лазерінің еркін жұмыс режиміндегі барлық нәтижелері. Дегенмен, типтік бағаналы құрылым байқалды.
Үздіксіз толқынды лазердің лазермен балқытылған аймағының микроқұрылымы (тұрақты қуат 300 Вт, сканерлеу жылдамдығы 200 мм/с, AISI 321H баспайтын болат).
(a) Үздіксіз толқындық лазермен (100 Вт тұрақты қуат, 200 мм/с сканерлеу жылдамдығы, AISI 316L баспайтын болат) вакуумдағы лазермен балқытылған аймақтың микроқұрылымы және (б) электронды кері шашыраудың дифракциялық кескіндері\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Сондықтан, лазерлік импульстің қарқындылығының күрделі модуляциясы нәтижесінде алынған микроқұрылымға айтарлықтай әсер ететіні анық көрсетілген. Біз бұл әсер механикалық сипатта болып табылады және балқыманың сәулеленген бетінен үлгіге терең таралатын ультрадыбыстық тербелістердің генерациясына байланысты пайда болады деп есептейміз. Ұқсас нәтижелер 13, 26, translectric және translectric , translectric , translectric 6346 және 13, 26, 67634 және 13, 26, 636, 26, 26, 26, 26, 26, 26, 26, 26, 30 аралықтардағы және ілмектер арқылы алынған нәтижелер. Ти-6Ал-4V қорытпасы 26 және тот баспайтын болат 34 түрлі материалдарда жоғары қарқынды ультрадыбысты қамтамасыз ету нәтижесінде мүмкін болатын механизм келесідей болжамдалған. Интенсивті ультрадыбыс акустикалық кавитацияны тудыруы мүмкін, бұл өте жылдам in situ синхротронды рентгендік бейнелеуде көрсетілгендей. \(100~\text {МПа}\)69.Мұндай соққы толқындары қабат-қабат қоспалар өндірісінің типтік бағаналы дәндік құрылымын бұза отырып, көлемді сұйықтықтарда сыни өлшемді қатты фазалық ядролардың түзілуіне ықпал ету үшін жеткілікті күшті болуы мүмкін.
Мұнда біз қарқынды Ультрадыбыспен құрылымдық модификацияға жауапты басқа механизмді ұсынамыз. Қатығудан кейін бірден материал балқу нүктесіне жақын жоғары температурада және өте төмен шығымдылық кернеуіне ие. Қарқынды ультрадыбыстық толқындар ыстық, жай ғана қатайтылған материалдың дәнінің құрылымын өзгертуге пластикалық ағынды тудыруы мүмкін. Дегенмен, сенімді де эксперименталды деректер [15] температурада қол жетімді емес. \text {K}\) (8-суретті қараңыз).Сондықтан, бұл гипотезаны тексеру үшін балқу нүктесіне жақын аққыштық кернеуінің әрекетін бағалау үшін AISI 316 L болатқа ұқсас Fe-Cr-Ni құрамының молекулярлық динамикалық (MD) модельдеуін орындадық. Шығымдылық кернеуін есептеу үшін біз MD177, shetail релаксация әдісін қолдандық Атомаралық өзара әрекеттесу есептеулері үшін біз 74 ішінен енгізілген Атомдық үлгіні (EAM) қолдандық. MD модельдеулері LAMMPS кодтарымен орындалды 75,76. MD модельдеулерінің егжей-тегжейлері басқа жерде жарияланады. Температураның функциясы ретінде шығымдылық кернеуінің MD есептеу нәтижелері evalu 87,87, 87,89 және басқа қол жетімді деректермен бірге көрсетілген. ,82.
AISI 316 маркалы аустениттік тот баспайтын болатқа арналған шығымдылық кернеуі және MD модельдеулері үшін температураға қарсы модель құрамы. Анықтамалардан алынған тәжірибелік өлшемдер: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. қараңыз. көмекші қоспа өндірісі. Осы зерттеудегі кең ауқымды MD модельдеулерінің нәтижелері ақаусыз шексіз монокристал үшін \(\vartriangleleft\) және Холл-Петч қатынасы арқылы орташа түйір өлшемін ескере отырып, соңғы түйіршіктер үшін \(\vartrianglerright\) ретінде белгіленеді (Dimensions \~ ext \~ 5 \ 0).
\(T>1500~\text {K}\) кезінде шығымдылық кернеуі \(40~\text {MPa}\) төмендейтінін көруге болады. Екінші жағынан, бағалаулар лазермен жасалатын ультрадыбыстық амплитудасы \(40~\text {МПа}\) асып түсетінін болжайды (4б-суретті қараңыз, ол қатты күйдегі материалды қатты күйде қалдыруға жеткілікті).
SLM кезінде 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) аустениттік тот баспайтын болаттың микроқұрылымының түзілуі күрделі қарқындылығы модуляцияланған импульстік лазер көзін қолдану арқылы эксперименталды түрде зерттелді.
Лазерлік балқыту аймағында дән мөлшерінің азаюы 1, 3 немесе 5 өтуден кейін үздіксіз лазерлік қайта балқыту нәтижесінде анықталды.
Макроскопиялық модельдеу ультрадыбыстық деформацияның қатаю фронтына оң әсер етуі мүмкін аймақтың болжалды өлшемі \(1~\мәтін {мм}\) дейін екенін көрсетеді.
Микроскопиялық MD моделі AISI 316 аустениттік баспайтын болаттың аққыштық шегі балқу нүктесінің жанында \(40~\text {MPa}\) дейін айтарлықтай төмендейтінін көрсетеді.
Алынған нәтижелер күрделі модуляцияланған лазерлік өңдеуді қолдана отырып, материалдардың микроқұрылымын бақылау әдісін ұсынады және импульстік SLM техникасының жаңа модификацияларын жасау үшін негіз бола алады.
Liu, Y. et al. Микроқұрылымдық эволюциясы және in situ TiB2/AlSi10Mg композиттерінің лазерлік селективті балқыту арқылы механикалық қасиеттері [J].J.Қорытпалар.қоспа.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Гао, С. және т.б. 316L тот баспайтын болатты лазерлік селективті балқытудың қайта кристалдану астық шекарасының инженериясы [J].Journal of Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Чен, X. & Qiu, C. Лазермен балқытылған титан қорытпаларын лазермен қыздыру арқылы икемділігі жоғары сэндвич микроқұрылымдарын in situ дамыту.science.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Ti-6Al-4V бөлшектерін лазерлік металды тұндыру (LMD) арқылы қоспалық өндіріс: процесс, микроқұрылым және механикалық қасиеттері. Дж.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. 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 Imaging Study of Additively Өндіріс Үлгілерді Laser Shock арқылы өңделген Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Градиент микроқұрылымы және механикалық қасиеттері Ti-6Al-4V қосымша түрде электронды балқыту арқылы жасалған. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).