Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında CSS üçün məhdud dəstək var. Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi (və ya Internet Explorer-də uyğunluq rejimini söndürməyi) tövsiyə edirik. Bu arada, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün saytı üslub və JavaScript olmadan göstərəcəyik.
İstehsal prosesində məhsulların mikrostrukturuna nəzarət etmək üçün selektiv lazer əriməsinə əsaslanan yeni mexanizm təklif olunur. Mexanizm mürəkkəb intensivliyi modulyasiya edən lazer şüalanması ilə ərimiş hovuzda yüksək intensivlikli ultrasəs dalğalarının yaranmasına əsaslanır. Eksperimental tədqiqatlar və ədədi simulyasiyalar göstərir ki, bu idarəetmə mexanizmi müasir seçmə dizayn və texniki cəhətdən effektiv şəkildə inteqrasiya oluna bilər. lazer əritmə maşınları.
Mürəkkəb formalı hissələrin əlavə istehsalı (AM) son onilliklərdə əhəmiyyətli dərəcədə artmışdır. Bununla belə, seçmə lazer əriməsi (SLM)1,2,3, metalın birbaşa lazerlə çökdürülməsi4,5,6, elektron şüalarının əriməsi7,8 və digərləri9,10 daxil olmaqla müxtəlif əlavələr istehsal proseslərinə baxmayaraq, onun əsas xüsusiyyətləri qüsurlu ola bilər. epitaksial taxıl artımına və əhəmiyyətli məsaməliyə səbəb olan yüksək istilik gradientləri, yüksək soyutma dərəcələri və materialın əriməsi və yenidən əriməsi zamanı istilik dövrlərinin mürəkkəbliyi 11 ilə əlaqəli ərimiş hovuzun bərkimə prosesi. 12,13 göstərdi ki, incə bərabər oxlu taxıl strukturlarına nail olmaq üçün istilik gradientlərinə, soyutma sürətlərinə və ərinti tərkibinə nəzarət etmək və ya ultrasəs kimi müxtəlif xüsusiyyətlərə malik xarici sahələr tərəfindən əlavə fiziki zərbələr tətbiq etmək lazımdır.
Çoxsaylı nəşrlər vibrasiya müalicəsinin ənənəvi tökmə proseslərində bərkimə prosesinə təsiri ilə əlaqədardır14,15.Lakin, kütləvi ərimə üçün xarici sahənin tətbiqi istənilən materialın mikro strukturunu yaratmır.Maye fazanın həcmi kiçikdirsə, vəziyyət kəskin şəkildə dəyişir.Bu halda xarici sahə səsin bərkimə prosesinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. sahələr16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, qövs qarışdırma28 və rəqs29, impulslu plazma qövsləri zamanı elektromaqnit təsirlər30,31 və digər üsullar32 nəzərdən keçirilmişdir. taxıl zərifliyi azaldılmış temperatur qradiyenti və kavitasiya yolu ilə yeni kristalitlər yaratmaq üçün ultrasəs gücləndirilməsi səbəbindən artan konstitutiv subsoyutma zonasına aid edilir.
Bu işdə biz ərimə lazerinin özü tərəfindən yaranan səs dalğaları ilə ərimiş hovuzu sonikasiya etməklə austenitik paslanmayan poladların taxıl quruluşunun dəyişdirilməsi imkanını araşdırdıq. İşığı udan mühitə düşən lazer şüalarının intensivliyinin modulyasiyası onun materialının mikrostruksiyasını dəyişən ultrasəs dalğalarının yaranması ilə nəticələnir. lazer şüalanması mövcud SLM 3D printerlərinə asanlıqla inteqrasiya oluna bilər. Bu işdəki təcrübələr səthləri intensivliyi modulyasiya edən lazer şüalanmasına məruz qalan paslanmayan polad lövhələr üzərində aparılmışdır. Beləliklə, texniki olaraq, lazer səthi müalicəsi aparılır.Lakin belə bir lazerlə müalicə aparılırsa, hər bir təbəqənin səthinə və ya seçilmiş hissələrin qurulması zamanı bütün təbəqələrə təsir göstərir. həcm əldə edilir. Başqa sözlə desək, əgər hissə qat-qat tikilirsə, hər bir təbəqənin lazer səthinin işlənməsi “lazerlə həcm müalicəsi”nə bərabərdir.
Halbuki ultrasəs buynuz əsaslı ultrasəs terapiyasında dayanan səs dalğasının ultrasəs enerjisi komponent boyunca paylanır, lazerin yaratdığı ultrasəs intensivliyi isə lazer şüasının udulduğu nöqtənin yaxınlığında yüksək konsentrasiyaya malikdir. SLM toz yatağında füzyon maşınında sonotroddan istifadə etmək mürəkkəbdir, çünki tozun radiasiyasının üst səthi radiasiya yatağında qalmalıdır. Bundan əlavə, hissənin üst səthində heç bir mexaniki gərginlik yoxdur. Buna görə də, akustik gərginlik sıfıra yaxındır və hissəciklərin sürəti hissənin bütün üst səthində maksimum amplituda malikdir. Bütün ərimiş hovuzun daxilində səs təzyiqi qaynaq başlığı tərəfindən yaradılan maksimum təzyiqin 0,1% -dən çox ola bilməz, çünki ultrasəs dalğalarının dalğa uzunluğu kHz-də polad tezliyi \\ 2\0-dır. 0.3~\text {m}\) və Dərinlik adətən \(\sim 0.3~\text {mm}\-dən azdır). Buna görə də, ultrasəsin kavitasiyaya təsiri kiçik ola bilər.
Qeyd etmək lazımdır ki, metalın birbaşa lazerlə çökdürülməsində intensivliyi modulyasiya edən lazer şüalanmasının istifadəsi aktiv tədqiqat sahəsidir35,36,37,38.
Ortada lazer şüalanma hadisəsinin istilik effektləri demək olar ki, bütün materialların emalı lazer üsulları 39, 40, məsələn, kəsmə 41, qaynaq, sərtləşdirmə, qazma 42, səthin təmizlənməsi, səthin ərintiləri, səthin cilalanması 43 və s. materialların emal texnologiyası və ümumiləşdirilmiş ilkin nəticələrin əsasını təşkil edir 44, 5 bir çox rəylərdə.
Qeyd etmək lazımdır ki, mühitdə hər hansı qeyri-stasionar hərəkət, o cümlədən uducu mühitdə lasing hərəkəti az və ya çox dərəcədə səmərəliliyi ilə ondakı akustik dalğaların həyəcanlanması ilə nəticələnir. İlkin olaraq, əsas diqqət mayelərdə dalğaların lazerlə həyəcanlanmasına və səsin müxtəlif istilik həyəcanlandırma mexanizmlərinə (istilik genişlənməsi, buxarlanma, keçid fazası, həcminin dəyişməsi 84, s.) yönəldilmişdir. 49. Çoxsaylı monoqrafiyalar50, 51, 52 bu prosesin nəzəri təhlilini və onun mümkün praktiki tətbiqlərini təqdim edir.
Bu məsələlər daha sonra müxtəlif konfranslarda müzakirə edildi və ultrasəsin lazerlə həyəcanlanması həm lazer texnologiyasının53, həm də tibb54 sənaye tətbiqlərində tətbiqlərə malikdir.Buna görə də hesab etmək olar ki, impulslu lazer işığının uducu mühitə təsir etməsi prosesinin əsas konsepsiyası müəyyən edilmişdir.Lazer ultrasəs müayinəsi SLM-in qüsurlarının aşkarlanması56 üçün istifadə olunur.
Lazerlə yaranan şok dalğalarının materiallara təsiri, əlavə olaraq istehsal edilən hissələrin səthinin təmizlənməsi üçün də istifadə olunan lazer şokunun əsasını57,58,59 təşkil edir60.Lakin lazer zərbəsinin gücləndirilməsi nanosaniyəlik lazer impulsları və mexaniki yüklənmiş səthlərdə (məs., mayenin mexaniki yüklənməsinin59 qatının artması ilə) ən təsirli olur.
Müxtəlif fiziki sahələrin bərkimiş materialların mikrostrukturuna mümkün təsirlərini araşdırmaq üçün eksperimentlər aparılmışdır. Təcrübə qurğusunun funksional diaqramı Şəkil 1-də göstərilmişdir. Sərbəst işləmə rejimində işləyən impulslu Nd:YAG bərk cisimli lazer (impuls müddəti \(\tau _L \sim 150~\u\text) istifadə edilmişdir. bir sıra neytral sıxlıq filtrləri və şüa ayırıcı lövhə sistemi. Neytral sıxlıq filtrlərinin birləşməsindən asılı olaraq, hədəfdəki nəbz enerjisi \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) ilə \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) arasında dəyişir. eyni vaxtda məlumatların toplanması və hədəfə gələn və əks olunan hadisəni müəyyən etmək üçün iki kalorimetrdən (uzun cavab müddəti \(1~\text {ms}\)-dən çox olan fotodiodlar) və iki gücölçəndən (qısa cavab müddəti olan fotodiodlardan\(<10~\text {ns}\)) istifadə olunur. Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 termopil detektoru və nümunə yerində quraşdırılmış dielektrik güzgü. Bir linzadan istifadə edərək şüanı hədəfə fokuslayın (\(1,06 \upmu \text {m}\, fokus uzunluğu \(160~\text) və hədəf səthində {mm}-am6) \(100~\upmu\text {m}\).
Təcrübə qurğusunun funksional sxematik diaqramı: 1—lazer; 2 - lazer şüası; 3— neytral sıxlıq filtri; 4—sinxronlaşdırılmış fotodiod; 5 - şüa ayırıcı; 6 - diafraqma; 7— düşən şüanın kalorimetri; 8 – əks olunan şüanın kalorimetri; 9 – hadisə şüasının gücü ölçən; 10 – əks olunan şüa gücü ölçən; 11 - fokuslama obyektivi; 12 - güzgü; 13 – nümunə; 14 – genişzolaqlı piezoelektrik çevirici; 15 – 2D çevirici; 16 – yerləşdirmə mikrokontrolleri; 17 – sinxronizasiya vahidi; 18 – müxtəlif seçmə dərəcələri ilə çoxkanallı rəqəmsal əldəetmə sistemi; 19 - fərdi kompüter.
Ultrasəs müalicəsi aşağıdakı kimi həyata keçirilir. Lazer sərbəst işləmə rejimində işləyir; buna görə də lazer impulsunun müddəti \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\) təşkil edir ki, bu da hər biri təxminən \(1.5~\upmu \text {s } \) olan çoxsaylı müddətlərdən ibarətdir. Lazer impulsunun müvəqqəti forması və onun spektri aşağı tezlikli, təxminən yüksək tezlikli zərf və modulasiyadan ibarətdir. \(0.7~\text {MHz}\), Şəkil 2-də göstərildiyi kimi.- Tezlik zərfi materialın qızdırılmasını və sonradan əriməsini və buxarlanmasını təmin edir, yüksək tezlikli komponent isə fotoakustik effektə görə ultrasəs titrəyişlərini təmin edir. Lazerin yaratdığı ultrasəs impulsunun dalğa forması, əsasən, laser impulsunun zamanın forması ilə müəyyən edilir. O, \(7~\text {kHz}\)-dən \ (2~\text {MHz}\), mərkəzi tezlik isə \(~ 0.7~\text {MHz}\) təşkil edir. Fotoakustik effektə görə akustik impulslar poliviniliden flüoriddən hazırlanmış genişzolaqlı pyezoelektrik çeviricilərdən istifadə etməklə qeydə alınmışdır və Şəkil 2-də qeydə alınmış dalğa şəklində göstərilməlidir. qeyd etdi ki, lazer impulslarının forması sərbəst işləyən rejimli lazer üçün xarakterikdir.
Nümunənin arxa səthində lazer nəbzinin intensivliyinin (a) və səs sürətinin (b) müvəqqəti paylanması, tək lazer nəbzinin spektrləri (mavi əyri) (c) və ultrasəs nəbzinin (d) orta hesabla 300 lazer impulsundan çox (qırmızı əyri) .
Biz aydın şəkildə lazer impulsunun aşağı tezlikli zərfinə və yüksək tezlikli modulyasiyaya uyğun gələn akustik müalicənin aşağı tezlikli və yüksək tezlikli komponentlərini aydın şəkildə ayırd edə bilərik.Lazer impuls zərfinin yaratdığı akustik dalğaların dalğa uzunluqları \(40~}\text {sm-i aşır); ona görə də akustik siqnalın genişzolaqlı yüksək tezlikli komponentlərinin mikrostrukturaya əsas təsiri gözlənilir.
SLM-də fiziki proseslər mürəkkəbdir və müxtəlif məkan və zaman miqyasında eyni vaxtda baş verir. Buna görə də SLM-nin nəzəri təhlili üçün çoxmiqyaslı üsullar ən uyğundur. Riyazi modellər ilkin olaraq çoxfiziki olmalıdır. Çoxfazalı mühitin mexanikası və termofizikası “bərk-maye ərintiləri” daha sonra təsirsiz atmosferin təsirsiz atmosferi ilə qarşılıqlı təsir göstərə bilər. SLM-də yüklər aşağıdakı kimidir.
\(10^{13}~\text {W} sm}^2\-ə qədər güc sıxlığı ilə lokallaşdırılmış lazer şüalanması səbəbindən \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{-ə qədər qızdırma və soyutma dərəcələri.
Ərimə-bərkləşmə dövrü 1 ilə \(10~\text {ms}\) arasında davam edir, bu da soyutma zamanı ərimə zonasının sürətlə bərkiməsinə kömək edir.
Nümunə səthinin sürətli qızdırılması səth təbəqəsində yüksək termoelastik gərginliklərin əmələ gəlməsi ilə nəticələnir. Toz təbəqəsinin kifayət qədər (20%-ə qədər) hissəsi güclü buxarlanır63, bu da lazerin ablasiyasına cavab olaraq səthdə əlavə təzyiq yükünün yaranmasına səbəb olur. Nəticə etibarı ilə, induksiya edilmiş gərginlik, xüsusilə yaxın hissənin strukturunun həndəsəsini və yüksək istilik elementini əhəmiyyətli dərəcədə təhrif edir. impulslu lazerlə yumşalma sürəti səthdən substrata yayılan ultrasəs deformasiya dalğalarının yaranması ilə nəticələnir. Yerli gərginlik və deformasiyanın paylanması haqqında dəqiq kəmiyyət məlumatı əldə etmək üçün istilik və kütlə ötürülməsi ilə konyuqasiya olunmuş elastik deformasiya probleminin mezoskopik simulyasiyası aparılır.
Modelin idarəedici tənliklərinə (1) istilik keçiriciliyinin faza vəziyyətindən (toz, ərimə, polikristallıq) və temperaturdan asılı olduğu qeyri-sabit istilik ötürmə tənlikləri, (2) fasiləsiz ablasiya və termoelastik genişlənmə tənliyindən sonra elastik deformasiyada dalğalanmalar daxildir. Sərhəd problemi eksperimental nümunənin müəyyən edilmiş modullu səthi ilə müəyyən edilir. soyutma keçirici istilik mübadiləsini və buxarlanma axınını əhatə edir. Kütləvi axın buxarlanan materialın doymuş buxar təzyiqinin hesablanması əsasında müəyyən edilir. Termoelastik gərginliyin temperatur fərqinə mütənasib olduğu yerlərdə elastoplastik gərginlik-deformasiya əlaqəsi istifadə olunur. Nominal güc üçün \(300~\text {W}^5} Hz {W}^5), tezliyi \(10mitt) effektivdir. Effektiv şüa diametrinin 100 və \(200~\upmu \text {m}\ ).
Şəkil 3-də makroskopik riyazi modeldən istifadə etməklə ərimiş zonanın ədədi simulyasiyasının nəticələri göstərilir. Fusion zonasının diametri \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) radius) və \(40~\upmu \text {m}\) radiusdur. kimi \(100~\text {K}\) impuls modulyasiyasının yüksək fasiləli faktoruna görə. Qızdırma \(V_h\) və soyutma \(V_c\) dərəcələri müvafiq olaraq \(10^7\) və \(10^6~\text {K}/\text {s}\) səviyyəsindədir. \(V_h\) və \(V_c\) səth qatının sürətlə qızması ilə nəticələnir, burada substrata olan istilik keçiriciliyi istiliyi aradan qaldırmaq üçün kifayət deyildir. Buna görə də, \(t=26~\upmu \text {s}\) zamanı səthin temperaturu \(4800~\text {K}\) qədər yüksək həddə çatır. təzyiq edin və soyun.
316L nümunə lövhəsində tək lazer impulsunun ərimə zonasının ədədi simulyasiya nəticələri. Nəbzin əvvəlindən ərimiş hovuzun dərinliyinə qədər maksimum dəyərə çatan vaxt \(180~\upmu\text {s}\) təşkil edir. İzoterm\(T = T_L = 1723~}\) bərk faza ilə maye fazasını təmsil edir. izobarlar (sarı xətlər) növbəti hissədə temperaturdan asılı olaraq hesablanmış məhsuldarlıq gərginliyinə uyğun gəlir. Buna görə də, iki izobar (izotermlər\(T=T_L\) və izobarlar\(\sigma =\sigma _V(T)\) arasındakı domendə bərk faza güclü mexaniki yüklərə məruz qalır, bu da mikrostrukturun dəyişməsinə səbəb ola bilər.
Bu təsir daha sonra Şəkil 4a-da izah olunur, burada ərimiş zonada təzyiq səviyyəsi səthdən vaxt və məsafə funksiyası kimi təsvir olunur. Birincisi, təzyiq davranışı yuxarıda Şəkil 2-də təsvir edilən lazer impulsunun intensivliyinin modulyasiyası ilə bağlıdır. Maksimum təzyiq \text{s}\) təxminən \(10~\text {MPa}\)t(~6\u) müşahidə edilmişdir. nəzarət nöqtəsində yerli təzyiqin dəyişməsi \(500~\text {kHz}\ tezliyi ilə eyni rəqs xüsusiyyətlərinə malikdir. Bu o deməkdir ki, ultrasəs təzyiq dalğaları səthdə yaranır və sonra substrata yayılır.
Ərimə zonasına yaxın deformasiya zonasının hesablanmış xüsusiyyətləri Şəkil 4b-də göstərilmişdir.Lazer ablasiyası və termoelastik gərginlik substrata yayılan elastik deformasiya dalğalarını yaradır.Şəkildən göründüyü kimi, gərginliyin yaranmasının iki mərhələsi var. \(t < 40~}\upmu \text {8ss-ə qədər) birinci mərhələdə {MPa}\) səth təzyiqinə bənzər modulyasiya ilə. Bu gərginlik lazer ablasiyası səbəbindən baş verir və ilkin istilikdən təsirlənən zona çox kiçik olduğundan nəzarət nöqtələrində termoelastik gərginlik müşahidə olunmayıb. İstilik substrata yayıldıqda, nəzarət nöqtəsi \(40~\mətn {MPa}\) yuxarıda yüksək termoelastik gərginlik yaradır.
Alınan modullaşdırılmış gərginlik səviyyələri bərk-maye interfeysinə əhəmiyyətli təsir göstərir və bərkimə yolunu tənzimləyən idarəetmə mexanizmi ola bilər. Deformasiya zonasının ölçüsü ərimə zonasının ölçüsündən 2-3 dəfə böyükdür. Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, ərimə izotermasının yeri və gərginlik səviyyəsi məhsuldarlıq gərginliyinə bərabərdir. ani vaxtdan asılı olaraq 300 və \(800~\upmu \text {m}\) arasında effektiv diametrli lokallaşdırılmış sahələr.
Buna görə də, impuls lazer yumşaldılmasının kompleks modulyasiyası ultrasəs effektinə gətirib çıxarır. Mikrostrukturun seçilməsi yolu ultrasəs yükü olmayan SLM ilə müqayisədə fərqlidir. Deformasiyaya uğramış qeyri-sabit bölgələr bərk fazada dövri sıxılma və dartılma dövrlərinə səbəb olur. Beləliklə, yeni taxıl sərhədlərinin formalaşması və alt taxıl sərhədləri üçün zərif xassələrə çevrilə bilər. aşağıda göstərildiyi kimi qəsdən dəyişdirilmişdir. Əldə edilən nəticələr nəbz modulyasiyası ilə induksiya olunan ultrasəslə idarə olunan SLM prototipinin layihələndirilməsi imkanını təmin edir. Bu halda, başqa yerdə istifadə edilən pyezoelektrik induktor 26 istisna edilə bilər.
(a) Simmetriya oxu boyunca 0, 20 və \(40~\upmu \text {m}\) səthindən müxtəlif məsafələrdə hesablanmış zaman funksiyası kimi təzyiq.(b) Nümunə səthindən 70, 120 və \(170~m}upmu) məsafələrdə bərk matrisdə hesablanmış zamandan asılı Von Mises gərginliyi.
Təcrübələr AISI 321H paslanmayan polad plitələrdə \(20\x 20\dəfə 5~\text {mm}\) ölçüləri üzərində aparılmışdır. Hər lazer impulsundan sonra boşqab \(50~\upmu \text {m}\) hərəkət edir və lazer şüasının hədəf səthindəki beli təxminən \(10 \u000-ə qədər) \(10\mU) təşkil edir. Sonrakı şüa keçidləri taxılın təmizlənməsi üçün emal edilmiş materialın yenidən əriməsinə təkan vermək üçün eyni yol boyunca həyata keçirilir. Bütün hallarda lazer şüasının salınan komponentindən asılı olaraq yenidən əridilmiş zona sonikləşdirilib. Bu, orta taxıl sahəsinin 5 dəfədən çox azalması ilə nəticələnir. yenidən ərimə dövrləri (keçir).
Alt xətlər (a,d,g,j) və (b,e,h,k) – lazerlə əridilmiş rayonların mikrostrukturu, alt xətlər (c,f,i,l) – rəngli dənələrin sahə paylanması. Kölgələmə histoqramı hesablamaq üçün istifadə olunan hissəcikləri təmsil edir. Rənglər taxıl bölgələrinə uyğundur (histoqramın yuxarısındakı rəng zolağına baxın. Alt xətlər (ac) təmizlənməmiş paslanmayan polad, alt xətlər (df), (gi), (jl) isə 1, 3 və 5 ərimələrə uyğundur.
Lazer impulsunun enerjisi sonrakı keçidlər arasında dəyişmədiyi üçün ərimiş zonanın dərinliyi eyni olur.Beləliklə, sonrakı kanal əvvəlkini tamamilə “örtər”.Lakin histoqram göstərir ki, keçidlərin sayının artması ilə orta və orta taxıl sahəsi azalır.Bu, lazerin substrat üzərində deyil, daha çox təsir etdiyini göstərə bilər.
Taxıl zərifliyinə ərimiş hovuzun sürətlə soyuması səbəb ola bilər65. Paslanmayan polad plitələrin səthlərinin (321H və 316L) atmosferdə (Şəkil 6) və vakuumda (Şəkil 7) davamlı dalğa lazer şüalanmasına məruz qaldığı başqa bir sıra təcrübələr aparıldı. Orta lazer gücü və müvafiq olaraq hovuzun gücü (300 və 100 Vt) sərbəst işləyən rejimdə Nd:YAG lazerinin eksperimental nəticələrinə yaxındır. Bununla belə, tipik sütunvari struktur müşahidə edilmişdir.
Davamlı dalğa lazerinin lazerlə əridilmiş bölgəsinin mikro strukturu (300 Vt sabit güc, 200 mm/s tarama sürəti, AISI 321H paslanmayan polad).
(a) Mikrostruktur və (b) vakuum davamlı dalğa lazerinin lazer ərimə zonasının elektron geri səpilmə difraksiya şəkli (sabit güc 100 Vt, tarama sürəti 200 mm/s, AISI 316L paslanmayan polad) \ (\sim 2~\text {mbar }\).
Buna görə də aydın şəkildə göstərilir ki, lazer impulsunun intensivliyinin kompleks modulyasiyası yaranan mikrostrukturaya əhəmiyyətli təsir göstərir. Biz hesab edirik ki, bu təsir mexaniki xarakter daşıyır və ərimənin şüalanmış səthindən nümunənin dərinliyinə yayılan ultrasəs titrəyişlərinin əmələ gəlməsi səbəbindən baş verir. Oxşar nəticələr 13, 26, 67634-cü illərdə xarici translectric-dən istifadə etməklə əldə edilmişdir. və Ti-6Al-4V ərintisi 26 və paslanmayan polad 34 nəticəsində müxtəlif materiallarda yüksək intensivlikli ultrasəs təmin edən sonotrodlar. Mümkün mexanizm aşağıdakı kimi təxmin edilir. İntensiv ultrasəs akustik kavitasiyaya səbəb ola bilər, ultrafast in situ sinxrotron rentgen şüaları dalğasında dalğanın görüntüsünü yaradır. ön təzyiqi təxminən \(100~\text {MPa}\)69-a çatan ərimiş material. Belə zərbə dalğaları, qat-qat aşqar istehsalının tipik sütunvari taxıl strukturunu pozaraq, toplu mayelərdə kritik ölçülü bərk fazalı nüvələrin əmələ gəlməsini təşviq etmək üçün kifayət qədər güclü ola bilər.
Burada biz intensiv sonikasiya yolu ilə struktur modifikasiyasına cavabdeh olan başqa bir mexanizm təklif edirik. Material bərkidikdən dərhal sonra ərimə nöqtəsinə yaxın yüksək temperaturda olur və son dərəcə aşağı məhsuldarlıq stressinə malikdir. Güclü ultrasəs dalğaları plastik axının yeni bərkimiş isti materialın taxıl strukturunu dəyişdirməsinə səbəb ola bilər. Bununla belə, temperaturdan asılılıq haqqında etibarlı eksperimental məlumatlar mövcuddur. 1150~\text {K}\) (Şəkil 8-ə baxın). Buna görə də, fərziyyəni yoxlamaq üçün ərimə nöqtəsinə yaxın məhsuldarlıq gərginliyinin davranışını qiymətləndirmək üçün AISI 316 L poladına bənzər Fe-Cr-Ni tərkibinin molekulyar dinamikasının (MD) simulyasiyalarını həyata keçirdik. 71, 72, 73. Atomlararası qarşılıqlı təsir hesablamaları üçün biz 74-dən Daxili Atom Modelindən (EAM) istifadə etdik. MD simulyasiyaları LAMMPS kodları 75,76 istifadə edilməklə həyata keçirildi. MD simulyasiyasının təfərrüatları başqa yerdə dərc olunacaq. Məhsuldarlıq gərginliyinin MD hesablama nəticələri digər eksperimentlərlə birlikdə göstərilmişdir. qiymətləndirmələr77,78,79,80,81,82.
AISI 316 dərəcəli austenitik paslanmayan polad üçün məhsuldarlıq gərginliyi və MD simulyasiyaları üçün temperatura qarşı model tərkibi. İstinadlardan eksperimental ölçmələr: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. istinad edin. (f)82 empirik gərginliyin ölçülməsi üçün empirik gərginliyin ölçülməsidir. lazerlə dəstəklənən aşqar istehsalı zamanı. Bu tədqiqatda geniş miqyaslı MD simulyasiya nəticələri qüsursuz sonsuz monokristal üçün \(\vartriangleleft\) və Hall-Petch əlaqəsi vasitəsilə orta taxıl ölçüsü nəzərə alınmaqla \(\vartrianglerright\) kimi işarələnmişdir.
Görünür ki, \(T>1500~\text {K}\) məhsuldarlıq gərginliyi \(40~\text {MPa}\)-dan aşağı düşür. Digər tərəfdən, təxminlər lazerin yaratdığı ultrasəs amplitüdünün \(40~\mətn {MPa}\)-dan çox olduğunu proqnozlaşdırır (bax: Şəkil 4b, sadəcə olaraq isti materialın bərkidilməsi üçün kifayətdir).
SLM zamanı 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) austenitik paslanmayan poladın mikrostruktur formalaşması mürəkkəb intensivliyi modulyasiya edən impulslu lazer mənbəyindən istifadə etməklə eksperimental olaraq tədqiq edilmişdir.
Lazer ərimə zonasında taxıl ölçüsünün azalması 1, 3 və ya 5 keçiddən sonra davamlı lazerin yenidən əriməsi səbəbindən tapıldı.
Makroskopik modelləşdirmə göstərir ki, ultrasəs deformasiyasının bərkimə cəbhəsinə müsbət təsir göstərə biləcəyi bölgənin təxmini ölçüsü \(1~\mətn {mm}\) qədərdir.
Mikroskopik MD modeli göstərir ki, AISI 316 austenitik paslanmayan poladdan məhsuldarlıq ərimə nöqtəsinə yaxın \(40~\text {MPa}\) qədər əhəmiyyətli dərəcədə azalır.
Əldə edilmiş nəticələr mürəkkəb modulyasiya edilmiş lazer emalından istifadə edərək materialların mikrostrukturuna nəzarət etmək üçün bir üsul təklif edir və impulslu SLM texnikasının yeni modifikasiyalarının yaradılması üçün əsas ola bilər.
Liu, Y. et al. Lazerlə seçici ərimə [J].J. tərəfindən in situ TiB2/AlSi10Mg kompozitlərinin mikrostruktur təkamülü və mexaniki xassələri. Ərintilər.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. et al. 316L paslanmayan poladdan [J] lazer seçmə əriməsinin yenidən kristalizasiya taxıl sərhədi mühəndisliyi. Alma Mater jurnalı.200, 366–377.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Chen, X. & Qiu, C. Lazerlə əridilmiş titan ərintilərinin lazerlə yenidən qızdırılması ilə gücləndirilmiş çevikliyə malik sendviç mikro strukturlarının in situ inkişafı.science.Rep. 10, 15870.https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniya, A. et al. Ti-6Al-4V hissələrinin lazer metal çökdürülməsi (LMD) ilə əlavə istehsalı: proses, mikrostruktur və mexaniki xassələri.J. Ərintilər.mürəkkəb.804, 163–191.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. et al. Alaşım 718-in lazer metal tozuna yönəldilmiş enerji çöküntüsünün mikrostruktur modelləşdirilməsi.İstehsala əlavə et.25, 357–364.https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. et al. Lazer Şoku ilə Müalicə Edilən Əlavə İstehsal Nümunələrinin Parametrik Neytron Bragg Kənar Görüntüsünün Tədqiqi Peening.science.Rep. 11, 14919.https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. et al. Elektron şüa əriməsi ilə əlavə olaraq hazırlanmış Ti-6Al-4V-nin Qradient mikrostruktur və mexaniki xassələri. Alma Mater Journal.97, 1-16.https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).