Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz foydalanayotgan brauzer versiyasi CSS-ni cheklangan darajada qo‘llab-quvvatlaydi. Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da moslik rejimini o‘chirib qo‘ying). Ayni paytda qo‘llab-quvvatlashning davom etishini ta’minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScript-larsiz ko‘rsatamiz.
Ishlab chiqarish jarayonida mahsulotlarning mikro tuzilishini nazorat qilish uchun selektiv lazerli eritishga asoslangan yangi mexanizm taklif qilinmoqda. Mexanizm eritilgan hovuzda yuqori intensivlikdagi ultratovush to'lqinlarini murakkab intensivlik bilan modulyatsiyalangan lazer nurlanishiga asoslangan. mashinalar.
So'nggi o'n yilliklarda murakkab shaklli qismlarni qo'shimcha ishlab chiqarish (AM) sezilarli darajada o'sdi. Biroq, qo'shimcha ishlab chiqarish jarayonlarining xilma-xilligiga qaramay, selektiv lazerli eritish (SLM) 1,2,3, metallni to'g'ridan-to'g'ri lazer bilan cho'ktirish4,5,6, elektron nurlarining erishi7,8 va boshqalar9,10 ning o'ziga xos xususiyatlariga qaramay, uning o'ziga xos xususiyatlari mustahkam bo'lishi mumkin. yuqori termal gradientlar, yuqori sovutish tezligi va materialni eritish va qayta eritishda isitish davrlarining murakkabligi bilan bog'liq jarayon 11 , bu epitaksial donning o'sishiga va sezilarli porozlikka olib keladi.12,13 ko'rsatdiki, termal gradyanlarni, sovutish tezligini va qotishma tarkibini nazorat qilish yoki nozik tenglashtirilgan don tuzilmalariga erishish uchun ultratovush kabi turli xil xususiyatlarga ega tashqi maydonlar tomonidan qo'shimcha jismoniy zarbalarni qo'llash kerak.
Ko'pgina nashrlar tebranish bilan ishlov berishning an'anaviy quyish jarayonlarida qotib qolish jarayoniga ta'siri bilan bog'liq14,15.Ammo, tashqi maydonni quyma eritmaga qo'llash kerakli materialning mikro tuzilishini keltirib chiqarmaydi.Agar suyuqlik fazasining hajmi kichik bo'lsa, vaziyat keskin o'zgaradi.Bu holda, tashqi maydon sezilarli darajada ta'sir qiladi, qattiqlashish jarayoniga ta'sir qiladi712,12,12,7,12,12,12,12,12,12. ,23,24,25,26,27, yoyni aralashtirish28 va tebranish29, impulsli plazma yoylari paytida elektromagnit effektlar30,31 va boshqa usullar32 ko'rib chiqildi. kavitatsiya orqali yangi kristalitlarni hosil qilish uchun harorat gradienti va ultratovushni yaxshilash.
Ushbu ishda biz eritilgan lazerning o'zi tomonidan hosil bo'lgan tovush to'lqinlari bilan eritilgan hovuzni ultratovush qilish orqali ostenitik zanglamaydigan po'latlarning don strukturasini o'zgartirish imkoniyatini o'rgandik. Yorug'likni yutuvchi muhitga tushadigan lazer nurlanishining intensivligi modulyatsiyasi ultratovush to'lqinlarining paydo bo'lishiga olib keladi, bu esa materialning mikro nurlanishi modulatsiyasini o'zgartirishi mumkin. mavjud SLM 3D printerlariga osongina integratsiya qilish mumkin. Bu ishdagi tajribalar zanglamaydigan po'latdan yasalgan plitalarda amalga oshirildi, ularning sirtlari intensivligi o'zgartirilgan lazer nurlanishiga ta'sir qiladi. Shunday qilib, texnik jihatdan, lazer bilan ishlov berish amalga oshiriladi. Biroq, agar bunday lazer bilan ishlov berish har bir qatlam yuzasida amalga oshirilsa, qatlamma-qatlam yoki tanlangan qismlarda hajmning butun qismiga erishiladi. qatlam-qatlam quriladi, har bir qatlamning lazer yuzasi bilan ishlov berish "lazer hajmini davolash" ga teng.
Ultrasonik shoxga asoslangan ultratovush terapiyasida turgan tovush to'lqinining ultratovush energiyasi komponent bo'ylab taqsimlanadi, lazerdan kelib chiqadigan ultratovush intensivligi esa lazer nurlanishi so'rilgan nuqtaga yaqin joyda yuqori darajada to'planadi. SLM kukunli termoyadroviy mashinasida sonotroddan foydalanish murakkab, chunki chang to'lqinining yuqori yuzasiga mexanik qo'shimchalar qolmasligi kerak. qismning ustki yuzasida kuchlanish.Shuning uchun akustik kuchlanish nolga yaqin va zarracha tezligi butun qismning yuqori yuzasida maksimal amplitudaga ega. Butun erigan hovuz ichidagi tovush bosimi payvandlash boshi tomonidan hosil qilingan maksimal bosimning 0,1% dan oshmasligi kerak, chunki ultratovush to'lqinlarining to'lqin uzunligi po'latdan kam bo'lgan to'lqin uzunligi {~ 3\ Hz {~ 0 m ga teng. ) va Chuqurlik odatda \(\sim 0,3~\matn {mm}\ dan kam bo'ladi).Shuning uchun ultratovushning kavitatsiyaga ta'siri kichik bo'lishi mumkin.
Shuni ta'kidlash kerakki, to'g'ridan-to'g'ri lazerli metallni cho'ktirishda intensivligi modulyatsiyalangan lazer nurlanishidan foydalanish tadqiqotning faol yo'nalishi hisoblanadi35,36,37,38.
O'rta lazer nurlanishi hodisasining termal ta'siri deyarli barcha materiallarni qayta ishlash lazer texnikasi 39, 40, masalan, kesish 41, payvandlash, qotib qolish, burg'ulash 42, sirtni tozalash, sirtni qotishma, sirtni parlatish 43 va hokazo.materiallarni qayta ishlash texnologiyasi va umumlashtirilgan dastlabki natijalar ko'plab sharhlar, 44 , monografiyalar va monografiyalar 44 , 5 .
Shuni ta'kidlash kerakki, muhitdagi har qanday statsionar bo'lmagan ta'sir, shu jumladan yutuvchi muhitda lasing ta'siri, undagi akustik to'lqinlarning ko'p yoki kamroq samarali qo'zg'alishiga olib keladi.Dastlab, asosiy e'tibor suyuqlikdagi to'lqinlarning lazer qo'zg'alishiga va tovushning turli xil termal qo'zg'alish mexanizmlariga (issiqlik kengayishi, bug'lanish, o'tish fazasi, hajmining o'zgarishi, 84N va hokazo) qaratildi.84N. erous monografiyalar50, 51, 52 bu jarayonning nazariy tahlillari va uning amaliy qo'llanilishi mumkin.
Keyinchalik bu masalalar turli konferentsiyalarda muhokama qilindi va ultratovushni lazer bilan qo'zg'atish lazer texnologiyasi53 va tibbiyot54 sanoat qo'llanmalarida ham qo'llaniladi.Shuning uchun impulsli lazer nurining yutuvchi muhitga ta'sir qilish jarayonining asosiy tushunchasi yaratilgan deb hisoblash mumkin.Lazerli ultratovush tekshiruvi nuqsonlarni aniqlash uchun qo'llaniladi.
Lazer bilan hosil bo'lgan zarba to'lqinlarining materiallarga ta'siri, lazer zarbasi peening57,58,59 asosi bo'lib, u qo'shimchalar bilan ishlab chiqarilgan qismlarning sirtini qayta ishlash uchun ham qo'llaniladi60.Biroq, lazer zarbasini kuchaytirish nanosekundli lazer impulslarida va mexanik yuklangan sirtlarda eng samarali hisoblanadi (masalan, suyuqlikning mexanik yuklanishi qatlami bilan) 59.
Har xil fizik maydonlarning qotib qolgan materiallarning mikro tuzilishiga mumkin bo'lgan ta'sirini o'rganish uchun tajribalar o'tkazildi. Tajriba o'rnatishning funktsional diagrammasi 1-rasmda ko'rsatilgan. Erkin rejimda ishlaydigan impulsli Nd:YAG qattiq holatdagi lazer (impulsning davomiyligi \(\tau _L \sim 150~} puls ketma-ketligidan foydalanilgan). Neytral zichlik filtrlari va simni ajratuvchi plastinka tizimi. Neytral zichlik filtrlarining kombinatsiyasiga qarab, nishondagi impuls energiyasi \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) dan \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) gacha oʻzgaradi. , va ikkita kaloriyametr (uzoq javob vaqti \(1~\matn {ms}\) dan ortiq bo'lgan fotodiodlar nishonga tushgan va aks ettirilgan hodisani aniqlash uchun va ikkita quvvat o'lchagich (qisqa javob vaqtli fotodiodlar\(<10~\matn {ns}\)) hodisa va aks ettirilgan optik quvvatni aniqlash uchun ishlatiladi. LP12-3S-H2-D0 va namuna joylashgan joyga o'rnatilgan dielektrik oyna. Ob'ektiv yordamida nurni nishonga qarating (\(1,06 \upmu \text {m}\) aks ettirishga qarshi qoplama, fokus uzunligi \(160~\matn {mm}\)) va nishon yuzasida nurning beli (1000m/m) yordamida.
Tajriba moslamasining funksional sxematik diagrammasi: 1—lazer;2 - lazer nurlari;3— neytral zichlik filtri;4—sinxronlashtirilgan fotodiod;5 - nurni ajratuvchi;6 - diafragma;7— tushayotgan nurning kalorimetri;8 – aks ettirilgan nurning kalorimetri;9 – tushuvchi nurli quvvat o‘lchagich;10 - aks ettirilgan nurli quvvat o'lchagich;11 - fokusli linza;12 - oyna;13 – namuna;14 - keng polosali piezoelektrik o'zgartirgich;15 – 2D konvertor;16 – joylashishni aniqlash mikrokontrolleri;17 – sinxronizatsiya bloki;18 – har xil namuna olish stavkalari bilan ko‘p kanalli raqamli yig‘ish tizimi;19 - shaxsiy kompyuter.
Ultrasonik davolash quyidagi tarzda amalga oshiriladi.Lazer erkin ishlaydigan rejimda ishlaydi;shuning uchun lazer impulsining davomiyligi \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), har biri taxminan \(1,5~\upmu \text {s } \) boʻlgan koʻp muddatlardan iborat.Lazer impulsining vaqtinchalik shakli va uning spektri past chastotali konvertdan va oʻrtacha chastotali konvertdan iborat boʻladi. Hz}\), 2-rasmda ko'rsatilganidek.- Chastota konverti materialning isishi va keyinchalik erishi va bug'lanishini ta'minlaydi, yuqori chastotali komponent esa fotoakustik effekt tufayli ultratovushli tebranishlarni ta'minlaydi.Lazer tomonidan yaratilgan ultratovush impulsining to'lqin shakli asosan lazer zarbasi intensivligining vaqt shakli bilan belgilanadi.U \(7~\matn {kHz}\) dan \(2~\matn {MHz}\) gacha, markaz chastotasi esa \(~ 0,7~\matn {MHz}\). Fotoakustik effekt tufayli akustik impulslar polivinilidenli ftoridli keng polosali pyezoelektrik o'zgartirgichlar yordamida qayd etilgan va uning to'lqin shaklida ko'rsatilmasligi kerak. lazer impulslarining soni erkin ishlaydigan lazerga xosdir.
Namunaning orqa yuzasida lazer impulsining intensivligi (a) va tovush tezligi (b) ning vaqtincha taqsimlanishi, bitta lazer pulsining spektrlari (ko'k egri) (c) va ultratovush impulsi (d) o'rtacha 300 dan ortiq lazer pulslari (qizil egri) .
Biz mos ravishda lazer pulsining past chastotali konvertiga va yuqori chastotali modulyatsiyaga mos keladigan akustik ishlov berishning past chastotali va yuqori chastotali komponentlarini aniq ajrata olamiz.Lazer puls konverti tomonidan yaratilgan akustik to'lqinlarning to'lqin uzunliklari \(40~}\text {sm dan oshadi);shuning uchun akustik signalning keng polosali yuqori chastotali komponentlarining mikro tuzilishga asosiy ta'siri kutilmoqda.
SLMdagi fizik jarayonlar murakkab va bir vaqtning o'zida turli fazoviy va vaqtinchalik miqyoslarda sodir bo'ladi.Shuning uchun SLMni nazariy tahlil qilish uchun ko'p masshtabli usullar eng mos keladi.Matematik modellar dastlab ko'p fizik bo'lishi kerak.Ko'p fazali muhitning mexanikasi va termofizikasi "qattiq-suyuqlik eritmasi" bilan tavsiflangan SLM materialining ta'sirsiz gaz yuki keyinchalik ta'sirchan bo'lishi mumkin. quyidagilardir.
Quvvat zichligi \(10^{13}~\text {W} sm}^2\) gacha boʻlgan lokal lazer nurlanishi tufayli \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ gacha isitish va sovutish tezligi.
Erish-qattiqlashuv davri 1 va \(10~\matn {ms}\) oralig'ida davom etadi, bu esa sovutish vaqtida erish zonasining tez qotib qolishiga yordam beradi.
Namuna sirtining tez isishi sirt qatlamida yuqori termoelastik kuchlanishlarning paydo bo'lishiga olib keladi.Kun qatlamining yetarli (20% gacha) qismi kuchli bug'lanadi63, bu esa lazerni olib tashlashga javoban sirtda qo'shimcha bosim yukiga olib keladi.Binobarin, induktsiyalangan kuchlanish elementning yuqori issiqlik tezligini sezilarli darajada buzadi, ayniqsa qismning yuqori issiqlik tezligini buzadi. lazerli tavlanish natijasida sirtdan substratga tarqaladigan ultratovushli kuchlanish to'lqinlari paydo bo'ladi.Mahalliy kuchlanish va deformatsiyaning taqsimlanishi bo'yicha aniq miqdoriy ma'lumotlarni olish uchun issiqlik va massa o'tkazmasiga konjugatsiyalangan elastik deformatsiya muammosining mezoskopik simulyatsiyasi amalga oshiriladi.
Modelning boshqaruvchi tenglamalari quyidagilardan iborat: (1) issiqlik o'tkazuvchanligi faza holatiga (chang, eritma, polikristal) va haroratga bog'liq bo'lgan beqaror issiqlik uzatish tenglamalari, (2) uzluksiz ablasyondan keyin elastik deformatsiyaning tebranishlari va termoelastik kengayish tenglamasi. Chegaraviy qiymat muammosi eksperimental issiqlik o'tkazuvchanlik moduli bilan aniqlanadigan sovutish yuzasini o'z ichiga oladi. almashinish va bug'lanish oqimi. Massa oqimi bug'lanadigan materialning to'yingan bug 'bosimini hisoblash asosida aniqlanadi.Elastik kuchlanish-deformatsiya munosabatlari termoelastik kuchlanish harorat farqiga proportsional bo'lgan joyda qo'llaniladi.Nominal quvvat uchun \(300~\matn {W}\), chastota \(10^5~\u000(10^5~\u000) interext {10^5~\m) \text {m}\ ) samarali nur diametri.
3-rasmda makroskopik matematik model yordamida eritilgan zonaning raqamli simulyatsiyasi natijalari ko'rsatilgan. Birlashish zonasining diametri \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) radius) va \(40~\upmu \text {m}\) radius) va haroratni mahalliy vaqt bilan ko'rsatadi (vaqt bilan mahalliy chuqurlik {m}\). 0~\matn {K}\) impuls modulyatsiyasining yuqori intervalgacha omili tufayli.Isitish \(V_h\) va sovutish \(V_c\) stavkalari mos ravishda \(10^7\) va \(10^6~\text {K}/\matn {s}\) tartibida. _c\) sirt qatlamining tez qizib ketishiga olib keladi, bu erda issiqlikni olib tashlash uchun substratga issiqlik o'tkazuvchanligi etarli emas.Shuning uchun \(t=26~\upmu \text {s}\) da sirt harorati \(4800~\matn {K}\) ga etadi. Namunaning kuchli bug'lanishi, haddan tashqari bosimga olib kelishi mumkin.
316L namunali plastinkada bitta lazerli impulsli tavlanishning erish zonasining raqamli simulyatsiyasi natijalari. Pulsning boshidan eritilgan hovuz chuqurligigacha bo'lgan vaqt maksimal qiymatga yetib borishi uchun \(180~\upmu\text {s}\) .Izoterm\(T = T_L = 1723~}\matn suyuqlik va bo'shliqning qattiq fazasini ifodalaydi. chiziqlar) keyingi bo'limda harorat funksiyasi sifatida hisoblangan oqim kuchlanishiga to'g'ri keladi.Shuning uchun, ikkita izoliya (izotermlar\(T=T_L\) va izobarlar\(\sigma =\sigma _V(T)\)) orasidagi domenda qattiq faza kuchli mexanik yuklarga duchor bo'ladi, bu esa mikrostrukturaning o'zgarishiga olib kelishi mumkin.
Bu ta'sir 4a-rasmda qo'shimcha ravishda tushuntiriladi, bu erda erigan zonadagi bosim darajasi sirtdan vaqt va masofa funksiyasi sifatida tasvirlangan. Birinchidan, bosim harakati yuqoridagi 2-rasmda tasvirlangan lazer impulsi intensivligining modulyatsiyasi bilan bog'liq. Maksimal bosim \text{s}\) taxminan \(10~\text {MPa}\) ning mahalliy o'zgarishi kuzatildi. nazorat nuqtasidagi bosim \(500~\matn {kHz}\) chastotasi bilan bir xil tebranish xususiyatlariga ega. Bu ultratovushli bosim to'lqinlari sirtda hosil bo'ladi va keyin substratga tarqaladi degan ma'noni anglatadi.
Erish zonasi yaqinidagi deformatsiya zonasining hisoblangan xarakteristikalari 4b-rasmda ko'rsatilgan.Lazerli ablatsiya va termoelastik kuchlanish substratga tarqaladigan elastik deformatsiya to'lqinlarini hosil qiladi.Rasmdan ko'rinib turibdiki, kuchlanish hosil bo'lishining ikki bosqichi mavjud.Birinchi fazada \(t < 40~}} dan yuqoriga ko'tarilishida, kuchlanishning M(~ m) s ga ko'tarilishi \\text {8ss {\ss. sirt bosimiga o'xshash modulyatsiya.Bu kuchlanish lazer ablasyonu tufayli yuzaga keladi va dastlabki issiqlik ta'sir zonasi juda kichik bo'lganligi sababli nazorat nuqtalarida termoelastik kuchlanish kuzatilmadi.Issiqlik substratga tarqalib ketganda, nazorat nuqtasi \(40~\matn {MPa}\) ustidagi yuqori termoelastik kuchlanish hosil qiladi.
Olingan modulyatsiyalangan kuchlanish darajalari qattiq-suyuqlik interfeysiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi va qotib qolish yo'lini boshqaruvchi boshqaruv mexanizmi bo'lishi mumkin. Deformatsiya zonasining o'lchami erish zonasidan 2-3 baravar katta. 3-rasmda ko'rsatilganidek, erish izotermasi va kuchlanish darajasi hosildorlik darajasiga teng bo'ladi. diametri lahzali vaqtga qarab 300 va \(800~\upmu \text {m}\) oralig'ida.
Shuning uchun, impulsli lazerni yumshatishning murakkab modulyatsiyasi ultratovush effektiga olib keladi. Agar ultratovush yuklamasiz SLM bilan solishtirganda mikro tuzilmani tanlash yo'li boshqacha bo'ladi. Deformatsiyalangan beqaror hududlar qattiq fazada siqilish va cho'zilishning davriy sikllariga olib keladi. Shunday qilib, yangi don chegaralarining shakllanishi va donning pastki chegaralari mikro strukturaviy xususiyatlarni o'zgartirishi mumkin. quyida ko'rsatilgandek. Olingan xulosalar impuls modulyatsiyasi bilan induktsiyalangan ultratovush bilan boshqariladigan SLM prototipini loyihalash imkoniyatini beradi. Bunday holda, boshqa joylarda ishlatiladigan piezoelektrik induktor 26 chiqarib tashlanishi mumkin.
(a) Bosim vaqt funksiyasi sifatida, simmetriya oʻqi boʻylab 0, 20 va \(40~\upmu \text {m}\) sirtdan turli masofalarda hisoblangan.(b) Qattiq matritsada namunadan 70, 120 va \(170~m}upmu\t) masofalarda hisoblangan vaqtga bogʻliq Von Mises kuchlanishi.
Tajribalar AISI 321H zanglamaydigan po'lat plitalar ustida o'tkazildi o'lchamlari \ (20 \ marta 20 \ marta 5 ~ \ matn {mm} \). Har bir lazer zarbasidan so'ng, plastinka \ (50 ~ \ upmu \ matn {m} \) harakat qiladi va lazer nurlarining nishon yuzasida beli taxminan 5 m \u000 ga teng bo'ladi. donni tozalash uchun qayta ishlangan materialning qayta eritilishini induktsiya qilish uchun bir xil yo'l bo'ylab amalga oshiriladi. Barcha holatlarda lazer nurlanishining tebranish komponentiga qarab qayta eritilgan zona ultratovush qilingan. Bu o'rtacha don maydonining 5 barobardan ko'proq qisqarishiga olib keladi. 5-rasmda eritilgan mintaqaning mikro tuzilishi qanday o'zgarganligi ko'rsatilgan laser eruvchanligi soni.
Subplotlar (a,d,g,j) va (b,e,h,k) - lazerli eritilgan hududlarning mikro tuzilishi, pastki chizmalar (c,f,i,l) - rangli donalarning maydon taqsimoti.Soyalash gistogrammani hisoblash uchun ishlatiladigan zarrachalarni ifodalaydi. Ranglar don mintaqalariga mos keladi (gistogrammaning yuqori qismidagi rang satriga qarang. Subplots (ac) ishlov berilmagan zanglamaydigan po'latga mos keladi va pastki chizmalar (df), (gi), (jl) 1, 3 va 5 eritishlarga mos keladi.
Lazer zarbasi energiyasi keyingi o'tishlar orasida o'zgarmasligi sababli, eritilgan zonaning chuqurligi bir xil bo'ladi.Shunday qilib, keyingi kanal avvalgisini to'liq "qoplaydi".Ammo gistogramma ko'rsatadiki, o'tishlar sonining ko'payishi bilan o'rtacha va o'rtacha don maydoni kamayadi.Bu lazerning substratga emas, balki menga ta'sir qilishini ko'rsatishi mumkin.
Donning tozalanishi eritilgan hovuzning tez sovishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin65. Yana bir qator tajribalar o'tkazildi, unda zanglamaydigan po'latdan yasalgan plitalar (321H va 316L) sirtlari atmosferada (6-rasm) va vakuumda (7-rasm) uzluksiz to'lqinli lazer nurlanishiga ta'sir ko'rsatdi. O'rtacha lazer quvvati va hovuzning mol chuqurligi mos ravishda 300 Vt va 300 Vt ga yaqin. Erkin rejimda Nd:YAG lazerining al natijalari.Ammo, odatda ustunli struktura kuzatildi.
Uzluksiz to'lqinli lazerning lazer bilan eritilgan hududining mikro tuzilishi (300 Vt doimiy quvvat, 200 mm / s skanerlash tezligi, AISI 321H zanglamaydigan po'lat).
(a) vakuumli uzluksiz to'lqin lazerining lazer erish zonasining mikrostrukturasi va (b) elektron teskari diffraktsiya tasviri (doimiy quvvat 100 Vt, skanerlash tezligi 200 mm / s, AISI 316L zanglamaydigan po'lat) \ (\ sim 2 ~ \ matn {mbar }\).
Shuning uchun lazer impulsi intensivligining kompleks modulyatsiyasi hosil bo'lgan mikrostrukturaga sezilarli ta'sir ko'rsatishi aniq ko'rsatilgan.Biz bu ta'sir mexanik xususiyatga ega va eritmaning nurlangan yuzasidan namunaga chuqur tarqaladigan ultratovushli tebranishlar hosil bo'lishi tufayli yuzaga keladi deb hisoblaymiz.Shunga o'xshash natijalar 13, 26, 67634 va tashqi so'llarda olingan. Ti-6Al-4V qotishmasi 26 va zanglamaydigan po'latdan 34 turli materiallarda yuqori intensivlikdagi ultratovushni ta'minlash. Buning mumkin bo'lgan mexanizmi quyidagicha taxmin qilinadi. Kuchli ultratovush akustik kavitatsiyaga olib kelishi mumkin, bu ultra tez in situ sinxrotron rentgen tasvirida ko'rsatilgan. \(100~\text {MPa}\)69.Bunday zarba toʻlqinlari qatlamli qoʻshimchalar ishlab chiqarishning tipik ustunli don strukturasini buzuvchi, quyma suyuqliklarda kritik oʻlchamdagi qattiq fazali yadrolarning shakllanishiga yordam beradigan darajada kuchli boʻlishi mumkin.
Bu yerda biz kuchli sonikatsiya orqali strukturani oʻzgartirish uchun masʼul boʻlgan yana bir mexanizmni taklif qilamiz. Material qattiqlashgandan soʻng erish nuqtasiga yaqin yuqori haroratda boʻladi va juda past rentabellikdagi stressga ega. Kuchli ultratovush toʻlqinlari plastik oqimning hozirgina qotib qolgan issiq materialning don strukturasini oʻzgartirishiga olib kelishi mumkin. Biroq, haroratga bogʻliqligi boʻyicha ishonchli eksperimental maʼlumotlar {1yitT stresssiz {1yiT 0\K da mavjud. \) (8-rasmga qarang).Shuning uchun gipotezani sinab ko'rish uchun erish nuqtasi yaqinida oquvchanlik kuchlanishining harakatini baholash uchun AISI 316 L po'latiga o'xshash Fe-Cr-Ni kompozitsiyasining molekulyar dinamikasi (MD) simulyatsiyasini amalga oshirdik. Chiqish kuchlanishini hisoblash uchun biz MD7, qirqish kuchlanishini bo'shashtirish texnikasidan foydalanganmiz1702. o'zaro ta'sir hisoblari, biz 74 dan o'rnatilgan atom modelidan (EAM) foydalandik. MD simulyatsiyalari LAMMPS kodlari yordamida amalga oshirildi 75,76. MD simulyatsiyasi tafsilotlari boshqa joyda nashr etiladi. Haroratning funksiyasi sifatida hosildorlik kuchlanishining MD hisoblash natijalari 8-rasmda mavjud eksperimental ma'lumotlar, evalu ma'lumotlari va boshqa ko'rsatilgan.
AISI 316 toifali ostenitik zanglamaydigan po'latdan hosil bo'lgan kuchlanish va MD simulyatsiyalari uchun haroratga nisbatan model tarkibi. Ma'lumotnomalardan eksperimental o'lchovlar: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. (f) 82 ga qarang. yordamchi qoʻshimchalar ishlab chiqarish. Ushbu tadqiqotda keng koʻlamli MD simulyatsiyasi natijalari nuqsonsiz cheksiz monokristal uchun \(\vartriangleleft\) va Hall-Petch munosabati boʻyicha oʻrtacha don oʻlchamini hisobga olgan holda chekli donalar uchun \(\vartrianglerright\) sifatida belgilangan.
Ko'rinib turibdiki, \(T>1500~\matn {K}\) da oqim kuchlanishi \(40~\matn {MPa}\) dan pastga tushadi. Boshqa tomondan, hisob-kitoblarga ko'ra, lazer yordamida hosil bo'lgan ultratovush amplitudasi \(40~\matn {MPa}\) dan oshib ketadi (qarang. 4b-rasmga qarang).
SLM jarayonida 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) ostenitik zanglamaydigan po'latning mikro tuzilishi shakllanishi murakkab intensivlik modulli impulsli lazer manbai yordamida eksperimental ravishda tekshirildi.
Lazerli eritish zonasida don hajmining qisqarishi 1, 3 yoki 5 o'tishdan so'ng doimiy lazerni qayta eritish tufayli aniqlandi.
Makroskopik modellashtirish shuni ko'rsatadiki, ultratovushli deformatsiyaning qattiqlashuv jabhasiga ijobiy ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan hududning taxminiy o'lchami \(1~\matn {mm}\) gacha.
Mikroskopik MD modeli shuni ko'rsatadiki, AISI 316 ostenitik zanglamaydigan po'latning oquvchanligi erish nuqtasiga yaqin \(40~\matn {MPa}\) ga sezilarli darajada kamayadi.
Olingan natijalar murakkab modulyatsiyalangan lazerli ishlov berish yordamida materiallarning mikro tuzilishini nazorat qilish usulini taklif qiladi va impulsli SLM texnikasining yangi modifikatsiyalarini yaratish uchun asos bo'lishi mumkin.
Liu, Y. va boshqalar. In situ TiB2 / AlSi10Mg kompozitlarining mikrostrukturaviy evolyutsiyasi va mexanik xususiyatlari lazerli selektiv eritish [J].J.Qotishmalar.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. va boshqalar. 316L zanglamaydigan po'latdan lazerli selektiv eritishning qayta kristallanish don chegarasi muhandisligi [J].Alma Mater jurnali.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Lazer bilan eritilgan titanium qotishmalarini lazer bilan qayta isitish orqali kengaytirilgan egiluvchanlikka ega sendvich mikro tuzilmalarini in situ rivojlanishi.science.Rep.10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. va boshqalar. Ti-6Al-4V qismlarini lazerli metall cho'ktirish (LMD) orqali qo'shimchalar ishlab chiqarish: jarayon, mikro tuzilma va mexanik xususiyatlar.J.Qotishmalar.compound.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. va boshqalar. Qotishma 718 ning lazerli metall kukuniga yo'naltirilgan energiya cho'kmasining mikrostrukturaviy modellanishi. Manufacture.25 qo'shing, 357-364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. va boshqalar. Lazer zarbasi bilan ishlov berilgan qo'shimchalar yordamida ishlab chiqarilgan namunalarni Parametrik Neytron Bragg Edge Imaging O'rganish Peening.science.Rep.11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. va boshqalar. Elektron nurlarini eritish orqali qo'shimcha ravishda ishlab chiqarilgan Ti-6Al-4V ning gradient mikro tuzilishi va mexanik xususiyatlari. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).