Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümü sınırlı CSS desteğine sahiptir. En iyi deneyim için, güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da uyumluluk modunu kapatmanızı) öneririz. Bu arada, sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan göstereceğiz.
Üretim sürecinde ürünlerin mikro yapısını kontrol etmek için seçici lazer eritmeye dayalı yeni bir mekanizma önerilmiştir. Mekanizma, karmaşık yoğunluk modülasyonlu lazer ışınımı ile eriyik havuzunda yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgaların üretilmesine dayanır. Deneysel çalışmalar ve sayısal simülasyonlar, bu kontrol mekanizmasının teknik olarak uygulanabilir olduğunu ve modern seçici lazer eritme makinelerinin tasarımına etkili bir şekilde entegre edilebileceğini göstermektedir.
Karmaşık şekilli parçaların eklemeli imalatı (AM) son yıllarda önemli ölçüde arttı. Bununla birlikte, seçici lazer eritme (SLM)1,2,3, doğrudan lazer metal biriktirme4,5,6, elektron ışını eritme7,8 ve diğerleri9,10 dahil olmak üzere çeşitli eklemeli üretim süreçlerine rağmen, Parçalar kusurlu olabilir. Bunun başlıca nedeni, yüksek termal gradyanlar, yüksek soğutma hızları ve malzemenin erimesi ve yeniden eritilmesindeki ısıtma döngülerinin karmaşıklığıdır 11 . epitaksiyel tane büyümesine ve önemli gözenekliliğe yol açar.12,13, ince eş eksenli tane yapıları elde etmek için termal gradyanları, soğutma hızlarını ve alaşım bileşimini kontrol etmenin veya ultrason gibi çeşitli özelliklere sahip dış alanlarla ek fiziksel şoklar uygulamanın gerekli olduğunu gösterdi.
Çok sayıda yayın, geleneksel döküm proseslerinde titreşim işleminin katılaşma süreci üzerindeki etkisiyle ilgilidir14,15. Bununla birlikte, bir toplu eriyiğe harici bir alan uygulanması, istenen malzeme mikro yapısını üretmez. Sıvı fazın hacmi küçükse, durum önemli ölçüde değişir. Bu durumda, harici alan, katılaşma sürecini önemli ölçüde etkiler. Yoğun ses alanları16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, ark karıştırma28 ve salınım29, darbeli plazma arkları sırasındaki elektromanyetik etkiler30,31 ve diğer yöntemler32 dikkate alınmıştır. Alt tabakaya harici bir yüksek yoğunluklu ultrason kaynağı (20 kHz'de) kullanarak tutturun. Ultrason kaynaklı tane inceltme, kavitasyon yoluyla yeni kristalitler oluşturmak için düşük sıcaklık gradyanı ve ultrason geliştirme nedeniyle artan kurucu aşırı soğutma bölgesine bağlanır.
Bu çalışmada, eritme lazerinin kendisinin ürettiği ses dalgalarıyla erimiş havuza sonikasyon uygulayarak östenitik paslanmaz çeliklerin tane yapısını değiştirme olasılığını araştırdık. Işık soğurucu ortama gelen lazer radyasyonunun yoğunluk modülasyonu, malzemenin mikro yapısını değiştiren ultrasonik dalgaların oluşmasına neden olur. Lazer radyasyonunun bu yoğunluk modülasyonu, mevcut SLM 3D yazıcılara kolaylıkla entegre edilebilir. Bu çalışmadaki deneyler, yüzeyleri yoğunluk modülasyonlu lazer radyasyonuna maruz bırakılmış paslanmaz çelik plakalar üzerinde gerçekleştirilmiştir. teknik olarak lazer yüzey işlemi yapılır. Ancak böyle bir lazer işlemi her katmanın yüzeyine yapılırsa, katman katman oluşturma sırasında tüm hacmi veya hacmin seçilen kısımlarını etkiler.
Ultrasonik korna tabanlı ultrasonik terapide ise, duran ses dalgasının ultrasonik enerjisi bileşen boyunca dağıtılırken, lazer kaynaklı ultrasonik yoğunluk, lazer radyasyonunun emildiği noktanın yakınında oldukça yoğundur. Bir SLM toz yatağı füzyon makinesinde bir sonotrode kullanmak, lazer radyasyonuna maruz kalan toz yatağının üst yüzeyinin sabit kalması gerektiğinden karmaşıktır. Parçanın üst yüzeyinin tamamı. Tüm erimiş havuzun içindeki ses basıncı, kaynak kafası tarafından üretilen maksimum basıncın %0,1'ini aşamaz, çünkü paslanmaz çelikte 20 kHz frekanslı ultrasonik dalgaların dalga boyu \(\sim 0.3~\text {m}\)'dir ve Derinlik genellikle \(\sim 0.3~\text {mm}\'den azdır). Bu nedenle, ultrasonun kavitasyon üzerindeki etkisi küçük olabilir.
Doğrudan lazer metal biriktirmede yoğunluk modülasyonlu lazer radyasyonunun kullanımının aktif bir araştırma alanı olduğu belirtilmelidir35,36,37,38.
Ortam üzerine gelen lazer radyasyonunun termal etkileri, kesme 41, kaynaklama, sertleştirme, delme 42, yüzey temizleme, yüzey alaşımlama, yüzey parlatma 43 vb. gibi hemen hemen tüm malzeme işleme lazer tekniklerinin 39, 40 temelidir.
Emici ortam üzerindeki kalıcı etki de dahil olmak üzere ortam üzerindeki herhangi bir durağan olmayan etkinin, içindeki akustik dalgaların az ya da çok verimlilikle uyarılmasına yol açtığına dikkat edilmelidir. Başlangıçta, ana odak noktası sıvılardaki dalgaların lazerle uyarılması ve sesin çeşitli termal uyarma mekanizmaları (termal genleşme, buharlaşma, faz geçişi sırasında hacim değişikliği, büzülme, vb.) 47, 48, 49. Çok sayıda monograf50, 51, 52 sağlar bu sürecin teorik analizleri ve olası pratik uygulamaları.
Bu konular daha sonra çeşitli konferanslarda tartışılmıştır ve ultrasonun lazer uyarılmasının hem lazer teknolojisinin53 hem de tıbbın54 endüstriyel uygulamalarında uygulamaları vardır. Bu nedenle, darbeli lazer ışığının soğurucu bir ortam üzerinde hareket ettiği sürecin temel konseptinin oluşturulduğu düşünülebilir. Lazer ultrasonik inceleme, SLM ile üretilmiş numunelerin kusur tespiti için kullanılır55,56.
Lazerle üretilen şok dalgalarının malzemeler üzerindeki etkisi, aynı zamanda eklemeli olarak üretilmiş parçaların yüzey işlemesi için de kullanılan lazer şokla dövmenin57,58,59 temelidir60. Bununla birlikte, lazer şok güçlendirme en çok nanosaniye lazer darbeleri ve mekanik olarak yüklü yüzeylerde (örn. bir sıvı tabakası ile)59 etkilidir çünkü mekanik yükleme tepe basıncını artırır.
Çeşitli fiziksel alanların katılaşmış malzemelerin mikro yapısı üzerindeki olası etkilerini araştırmak için deneyler yapılmıştır. Deney düzeneğinin işlevsel diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. Serbest çalışma modunda çalışan darbeli bir Nd:YAG katı hal lazeri (darbe süresi \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) kullanıldı. Her lazer darbesi, bir dizi nötr yoğunluk filtresinden ve bir ışın ayırıcı plaka sisteminden geçirilir. hedef üzerindeki enerji \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) ile \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) arasında değişir. Işın ayırıcıdan yansıyan lazer ışını, eş zamanlı veri toplama için bir fotodiyoda beslenir ve hedefe gelen ve hedeften yansıyan olayı belirlemek için iki kalorimetre (uzun tepki süresi \(1~\text {ms}\))'yi aşan fotodiyotlar ve iki güç ölçer (kısa sinyalli fotodiyotlar) kullanılır. yanıt süreleri\(<10~\text {ns}\)) gelen ve yansıyan optik gücü belirlemek için. Kalorimetreler ve güç ölçerler, bir termopil dedektörü Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 ve numune konumuna monte edilmiş bir dielektrik ayna kullanılarak mutlak birimlerde değerler verecek şekilde ayarlandı. {mm}\)) ve hedef yüzeyde bir kiriş bel 60– \(100~\upmu\text {m}\).
Deney düzeneğinin işlevsel şematik diyagramı: 1—lazer;2—lazer ışını;3—nötr yoğunluk filtresi;4—senkronize fotodiyot;5—ışın ayırıcı;6—diyafram;7—gelen ışının kalorimetresi;8 – yansıyan ışının kalorimetresi;9 – gelen ışın güç ölçer;10 – yansıyan ışın güç ölçer;11 – odaklama merceği;12 – ayna;13 – örnek;14 – geniş bantlı piezoelektrik dönüştürücü;15 – 2D dönüştürücü;16 – mikrodenetleyicinin konumlandırılması;17 – senkronizasyon birimi;18 – çeşitli örnekleme oranlarına sahip çok kanallı dijital alım sistemi;19 – kişisel bilgisayar.
Ultrasonik tedavi şu şekilde gerçekleştirilir. Lazer serbest çalışma modunda çalışır;bu nedenle lazer darbesinin süresi \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\)'dir ve her biri yaklaşık \(1.5~\upmu \text {s } \)'lik birden çok süreden oluşur. Lazer darbesinin zamansal şekli ve spektrumu, Şekil 2'de gösterildiği gibi, ortalama frekansı yaklaşık \(0.7~\text {MHz}\) olan düşük frekanslı bir zarf ve yüksek frekanslı bir modülasyondan oluşur.- Frekans zarfı ısıtmayı sağlar ve ardından malzemenin erimesi ve buharlaşması, yüksek frekanslı bileşen ise fotoakustik etki nedeniyle ultrasonik titreşimler sağlar. Lazer tarafından üretilen ultrasonik darbenin dalga biçimi, esas olarak lazer darbe yoğunluğunun zaman şekli ile belirlenir.\ (7 ~ \ text {khz} \) ila \ (2 ~ \ text {mhz} \) ila merkez frekansı \ (~ 0.7 ~ \ metin {mhz} \). Fotoustik etkiye bağlı akustik darbeler, geniş bant piezoelektrik filtresi ile kaydedilmesiyle kaydedilmemelidir. Lazer darbelerinin şekli, serbest çalışan mod lazerin tipiktir.
Numunenin arka yüzeyinde lazer darbe yoğunluğunun (a) ve ses hızının (b) geçici dağılımı, tek bir lazer darbesinin (c) spektrumları (mavi eğri) ve ortalama 300 lazer darbesinin (kırmızı eğri) üzerinde bir ultrason darbesinin (d) .
Akustik işlemin sırasıyla lazer darbesinin düşük frekanslı zarfına ve yüksek frekans modülasyonuna karşılık gelen düşük frekanslı ve yüksek frekanslı bileşenlerini açıkça ayırt edebiliriz. Lazer darbe zarfı tarafından üretilen akustik dalgaların dalga boyları \(40~\text {cm}\);bu nedenle, akustik sinyalin geniş bantlı yüksek frekanslı bileşenlerinin mikro yapı üzerindeki ana etkisinin olması beklenir.
SLM'deki fiziksel süreçler karmaşıktır ve aynı anda farklı uzamsal ve zamansal ölçeklerde meydana gelir. Bu nedenle, çok ölçekli yöntemler SLM'nin teorik analizi için en uygundur. Matematiksel modeller başlangıçta çok fiziksel olmalıdır. Bir inert gaz atmosferi ile etkileşime giren çok fazlı bir ortam olan "katı-sıvı eriyiğinin" mekaniği ve termofiziği daha sonra etkili bir şekilde açıklanabilir. SLM'deki malzeme termal yüklerinin özellikleri aşağıdaki gibidir.
\(10^{13}~\text {W} cm}^2\'ye kadar güç yoğunluklarına sahip yerel lazer ışıması nedeniyle \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{'e kadar ısıtma ve soğutma hızları.
Erime-katılaşma döngüsü 1 ile \(10~\text {ms}\) arasında sürer, bu da soğuma sırasında erime bölgesinin hızlı katılaşmasına katkıda bulunur.
Numune yüzeyinin hızlı ısınması, yüzey katmanında yüksek termoelastik gerilimlerin oluşmasına neden olur. Toz tabakasının yeterli kısmı (%20'ye kadar) güçlü bir şekilde buharlaşır63, bu da lazerle kesmeye yanıt olarak yüzeyde ek bir basınç yüküne neden olur. Sonuç olarak, indüklenen gerinim, özellikle desteklerin ve ince yapısal elemanların yakınında, parça geometrisini önemli ölçüde bozar. Darbeli lazer tavlamadaki yüksek ısıtma hızı, yüzeyden alt tabakaya yayılan ultrasonik gerinim dalgalarının oluşmasına neden olur. yerel gerilim ve gerinim dağılımı hakkında doğru nicel veriler, ısı ve kütle transferine bağlı elastik deformasyon probleminin mezoskopik bir simülasyonu gerçekleştirilir.
Modelin yönetici denklemleri (1) termal iletkenliğin faz durumuna (toz, eriyik, polikristal) ve sıcaklığa bağlı olduğu kararsız ısı transfer denklemlerini, (2) sürekli ablasyon ve termoelastik genleşme denkleminden sonra elastik deformasyondaki dalgalanmaları içerir. buharlaşan malzeme.Elastoplastik gerilim-gerinim ilişkisi, termoelastik gerilimin sıcaklık farkıyla orantılı olduğu durumlarda kullanılır. Etkili kiriş çapının nominal gücü \(300~\text {W}\), frekansı \(10^5~\text {Hz}\), aralıklı katsayısı 100 ve \(200~\upmu \text {m}\ ) için.
Şekil 3, makroskopik bir matematiksel model kullanılarak erimiş bölgenin sayısal simülasyonunun sonuçlarını göstermektedir. Füzyon bölgesinin çapı \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) yarıçap) ve \(40~\upmu \text {m}\) derinliktir. Simülasyon sonuçları, puls modülasyonunun yüksek aralıklı faktörü nedeniyle yüzey sıcaklığının zamanla yerel olarak \(100~\text {K}\) olarak değiştiğini göstermektedir. .Isıtma \(V_h\) ve soğutma \(V_c\) hızları sırasıyla \(10^7\) ve \(10^6~\text {K}/\text {s}\) düzeyindedir. Bu değerler önceki analizlerimizle iyi bir uyum içindedir64. \(V_h\) ve \(V_c\) arasındaki büyüklük sırası farkı, alt tabakaya ısı iletiminin ısıyı uzaklaştırmak için yetersiz olduğu yüzey katmanının hızlı bir şekilde aşırı ısınmasına neden olur. Bu nedenle, \( t=26~\upmu \text {s}\) yüzey sıcaklığı \(4800~\text {K}\) kadar yükselir. Malzemenin şiddetli buharlaşması, numune yüzeyinin aşırı basınca maruz kalmasına ve soyulmasına neden olabilir.
316L numune plakasında tek lazer darbeli tavlamanın erime bölgesinin sayısal simülasyon sonuçları. Darbenin başlangıcından erimiş havuzun maksimum değere ulaşan derinliğine kadar geçen süre \(180~\upmu\text {s}\'dir). İzoterm\(T = T_L = 1723~\text {K}\), sıvı ve katı fazlar arasındaki sınırı temsil eder. İzobarlar (sarı çizgiler), bir sonraki bölümde sıcaklığın bir fonksiyonu olarak hesaplanan akma gerilimine karşılık gelir. Bu nedenle, iki izolin (izotermler\(T=T_L\) ve izobarlar\(\sigma =\sigma _V(T)\)) arasındaki alanda, katı faz, mikro yapıda değişikliklere yol açabilecek güçlü mekanik yüklere maruz kalır.
Bu etki, erimiş bölgedeki basınç seviyesinin yüzeyden zamanın ve mesafenin bir fonksiyonu olarak çizildiği Şekil 4a'da daha ayrıntılı açıklanmaktadır. İlk olarak, basınç davranışı, yukarıda Şekil 2'de açıklanan lazer darbe yoğunluğunun modülasyonu ile ilgilidir. Yaklaşık \(10~\text {MPa}\) değerinde bir maksimum basınç \text{s}\) yaklaşık \(t=26~\upmu) gözlendi. İkincisi, kontrol noktasındaki yerel basınç dalgalanması, aşağıdaki gibi aynı salınım özelliklerine sahiptir: \(500~\text {kHz}\) frekansı. Bu, ultrasonik basınç dalgalarının yüzeyde üretildiği ve ardından alt tabakaya yayıldığı anlamına gelir.
Erime bölgesinin yakınındaki deformasyon bölgesinin hesaplanan özellikleri Şekil 4b'de gösterilmektedir. Lazerle kesme ve termoelastik stres, alt tabakaya yayılan elastik deformasyon dalgaları üretir. Şekilden görülebileceği gibi, gerilim oluşumunun iki aşaması vardır. \(t < 40~\upmu \text {s}\'nin ilk aşaması sırasında, Mises gerilimi, yüzey basıncına benzer bir modülasyonla \(8~\text {MPa}\)'ye yükselir. Bu gerilim, lazerle ablasyon nedeniyle oluşur ve ısıdan etkilenen ilk bölge çok küçük olduğu için kontrol noktalarında hiçbir termoelastik gerilim gözlenmedi. Alt tabakaya ısı yayıldığında, kontrol noktası \(40~\text {MPa}\) üzerinde yüksek termoelastik gerilim üretir.
Elde edilen modüle edilmiş gerilim seviyeleri, katı-sıvı arayüzü üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve katılaşma yolunu yöneten kontrol mekanizması olabilir. Deformasyon bölgesinin boyutu, erime bölgesininkinden 2 ila 3 kat daha büyüktür. Şekil 3'te gösterildiği gibi, erime izoterminin konumu ve akma gerilimine eşit gerilim seviyesi karşılaştırılır. Bu, darbeli lazer ışınlamasının, etkin çapı 300 ile \(800~\upmu \text {m) arasında olan yerel alanlarda yüksek mekanik yükler sağladığı anlamına gelir. }\) anlık zamana bağlıdır.
Bu nedenle, darbeli lazer tavlamanın karmaşık modülasyonu ultrasonik etkiye yol açar. Mikro yapı seçim yolu, ultrasonik yükleme olmadan SLM ile karşılaştırıldığında farklıdır. Deforme olmuş kararsız bölgeler, katı fazda periyodik sıkıştırma ve gerilme döngülerine yol açar. Böylece, yeni tane sınırlarının ve alt tanecik sınırlarının oluşumu mümkün hale gelir. Bu nedenle, mikroyapısal özellikler, aşağıda gösterildiği gibi kasıtlı olarak değiştirilebilir. Elde edilen sonuçlar, darbe modülasyonuyla indüklenen ultrasonla çalışan bir SLM prototipi tasarlama imkanı sağlar. başka yerde kullanılan piezoelektrik indüktör 26 hariç tutulabilir.
(a) Simetri ekseni boyunca 0, 20 ve \(40~\upmu \text {m}\) yüzeyinden farklı mesafelerde hesaplanan zamanın bir fonksiyonu olarak basınç.
Deneyler, boyutları \(20\times 20\times 5~\text {mm}\) olan AISI 321H paslanmaz çelik plakalar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Her lazer darbesinden sonra, plaka \(50~\upmu \text {m}\) hareket eder ve hedef yüzeydeki lazer ışını bel kısmı yaklaşık \(100~\upmu \text {m}\'dir. Tane inceltme için işlenmiş malzemenin yeniden eritilmesini sağlamak için aynı yol boyunca en fazla beş ardışık ışın geçişi gerçekleştirilir. yeniden eritilen bölge, lazer radyasyonunun salınımlı bileşenine bağlı olarak sonike edildi. Bu, ortalama tanecik alanında 5 kattan fazla azalma ile sonuçlanır. Şekil 5, lazerle eritilen bölgenin mikro yapısının müteakip yeniden eritme döngülerinin (geçişlerinin) sayısıyla nasıl değiştiğini gösterir.
Alt grafikler (a,d,g,j) ve (b,e,h,k) – lazerle eritilmiş bölgelerin mikro yapısı, alt grafikler (c,f,i,l) – renkli tanelerin alan dağılımı.Gölgeleme, histogramı hesaplamak için kullanılan parçacıkları temsil eder. Renkler tanecik bölgelerine karşılık gelir (histogramın üstündeki renk çubuğuna bakın. Alt grafikler (ac) işlenmemiş paslanmaz çeliğe karşılık gelir ve alt grafikler (df), (gi), (jl) 1, 3 ve 5 yeniden erimeye karşılık gelir.
Lazer darbe enerjisi sonraki geçişler arasında değişmediğinden, erimiş bölgenin derinliği aynıdır. Böylece, sonraki kanal bir öncekini tamamen "kaplar". Ancak histogram, geçiş sayısı arttıkça ortalama ve medyan tane alanının azaldığını gösterir. Bu, lazerin eriyik yerine alt tabaka üzerinde etki ettiğini gösterebilir.
Tane incelmesi, erimiş havuzun hızla soğumasından kaynaklanıyor olabilir65. Paslanmaz çelik plakaların (321H ve 316L) yüzeylerinin atmosfer (Şekil 6) ve vakumda (Şekil 7) sürekli dalga lazer radyasyonuna maruz bırakıldığı başka bir dizi deney gerçekleştirilmiştir. Ortalama lazer gücü (sırasıyla 300 W ve 100 W) ve erimiş havuz derinliği, serbest çalışma modundaki Nd:YAG lazerin deneysel sonuçlarına yakındır. gözlemlendi.
Sürekli dalga lazerinin (300 W sabit güç, 200 mm/s tarama hızı, AISI 321H paslanmaz çelik) lazerle eritilmiş bölgesinin mikro yapısı.
(a) Mikroyapı ve (b) vakumlu sürekli dalga lazerin (sabit güç 100 W, tarama hızı 200 mm/sn, AISI 316L paslanmaz çelik) lazer erime bölgesinin elektron geri saçılım kırınım görüntüsü \ (\sim 2~\text {mbar }\).
Bu nedenle, lazer atım yoğunluğunun karmaşık modülasyonunun elde edilen mikro yapı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu açıkça gösterilmiştir. Bu etkinin doğası gereği mekanik olduğuna ve eriyiğin ışınlanmış yüzeyinden numunenin derinliklerine yayılan ultrasonik titreşimlerin oluşmasından kaynaklandığına inanıyoruz. Ti-6Al- dahil olmak üzere çeşitli malzemelerde yüksek yoğunluklu ultrason sağlayan harici piezoelektrik dönüştürücüler ve sonotrodlar kullanılarak 13, 26, 34, 66, 67'de benzer sonuçlar elde edildi. 4V alaşım 26 ve paslanmaz çelik 34'ün sonucu. Olası mekanizma şu şekilde tahmin ediliyor. Yoğun ultrason, ultra hızlı yerinde senkrotron X-ışını görüntülemede gösterildiği gibi akustik kavitasyona neden olabilir. Kavitasyon kabarcıklarının çökmesi, erimiş malzemede ön basıncı yaklaşık \(100~\text {MPa}\)69'a ulaşan şok dalgaları oluşturur. Bu tür şok dalgaları, yığın sıvılarda kritik boyutlu katı faz çekirdeklerinin oluşumunu desteklemek için yeterince güçlü olabilir, katman katman eklemeli imalatın tipik sütunlu tane yapısını bozmak.
Burada, yoğun sonikasyonla yapısal değişiklikten sorumlu başka bir mekanizma öneriyoruz. Katılaşmadan hemen sonraki malzeme, erime noktasına yakın yüksek bir sıcaklıktadır ve son derece düşük bir akma gerilimine sahiptir. Yoğun ultrasonik dalgalar, plastik akışın yeni katılaşan sıcak malzemenin tane yapısını değiştirmesine neden olabilir. Ancak, akma geriliminin sıcaklığa bağlılığına ilişkin güvenilir deneysel veriler \(T\lesssim 1150~\text {K}\) adresinde mevcuttur (bkz. Şekil 8). Bu nedenle, hipotezi test etmek için moleküler dinamik (MD) simülasyonları gerçekleştirdik erime noktasına yakın akma gerilimi davranışını değerlendirmek için AISI 316 L çeliğine benzer bir Fe-Cr-Ni bileşiminin. Sıcaklığın bir fonksiyonu olarak akma geriliminin MD hesaplama sonuçları, mevcut deneysel veriler ve diğer değerlendirmelerle birlikte Şekil 8'de gösterilmektedir77,78,79,80,81,82.
AISI kalite 316 östenitik paslanmaz çelik için akma gerilimi ve MD simülasyonları için model bileşimine karşı sıcaklık. Referanslardan deneysel ölçümler: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. (f)82'ye bakın. lazer destekli eklemeli imalat sırasında hat içi gerilim ölçümü için akma gerilimi-sıcaklık bağımlılığının ampirik bir modelidir. Bu çalışma, Hall-Petch ilişkisi Boyutlar\(d = 50~\upmu \text {m}\) yoluyla ortalama tane boyutunu hesaba katarak hatasız sonsuz tek kristal için \(\vartriangleleft\) ve sonlu taneler için \(\vartriangleright\) olarak gösterilir.
\(T>1500~\text {K}\)'de akma geriliminin \(40~\text {MPa}\) altına düştüğü görülebilir. Öte yandan, tahminler, lazerle üretilen ultrasonik genliğin \(40~\text {MPa}\)'yi aştığını tahmin ediyor (bkz. Şekil 4b), bu da yeni katılaşan sıcak malzemede plastik akışı indüklemek için yeterli.
SLM sırasında 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) östenitik paslanmaz çeliğin mikroyapı oluşumu, karmaşık yoğunluk modülasyonlu darbeli lazer kaynağı kullanılarak deneysel olarak araştırıldı.
1, 3 veya 5 geçişten sonra sürekli lazer yeniden eritme nedeniyle lazer erime bölgesindeki tanecik boyutunda azalma bulundu.
Makroskopik modelleme, ultrasonik deformasyonun katılaşma cephesini olumlu yönde etkileyebileceği bölgenin tahmini boyutunun \(1~\text {mm}\) kadar olduğunu göstermektedir.
Mikroskobik MD modeli, AISI 316 östenitik paslanmaz çeliğin akma dayanımının, erime noktası yakınında önemli ölçüde \(40~\text {MPa}\) değerine düştüğünü göstermektedir.
Elde edilen sonuçlar, karmaşık modülasyonlu lazer işleme kullanarak malzemelerin mikro yapısını kontrol etmek için bir yöntem önermektedir ve darbeli SLM tekniğinde yeni modifikasyonlar oluşturmak için temel teşkil edebilir.
Liu, Y. et al.Lazerle seçici eritme ile yerinde TiB2/AlSi10Mg kompozitlerinin mikroyapısal evrimi ve mekanik özellikleri [J].J.Alaşımlar. bileşik.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al.316L paslanmaz çeliğin [J] lazerle seçici eritilmesinin yeniden kristalleştirme tane sınırı mühendisliği.Journal of Alma Mater.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Lazerle eritilmiş titanyum alaşımlarının lazerle yeniden ısıtılmasıyla geliştirilmiş sünekliğe sahip sandviç mikro yapıların yerinde geliştirilmesi.science.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al.Ti-6Al-4V parçalarının lazer metal biriktirme (LMD) ile eklemeli üretimi: proses, mikro yapı ve mekanik özellikler.J.Alloys.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al.Alaşım 718'in lazer metal tozuna yönelik enerji biriktirmesinin mikroyapısal modellemesi.Manufacture.25'e ekleyin, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. ve ark.Lazer Şoku Peening.science.Rep ile İşlem Görmüş Eklemeli Olarak Üretilmiş Örneklerin Parametrik Nötron Bragg Edge Görüntüleme Çalışması.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al.Elektron ışını eritme ile katkılı olarak üretilen Ti-6Al-4V'nin gradyan mikro yapısı ve mekanik özellikleri. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).