Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет. Сіз қолданып жатқан шолғыш нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Әзірге қолдауды жалғастыру үшін сайтты мәнерлерсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Өндіріс процесінде өнімдердің микроқұрылымын бақылау үшін таңдамалы лазерлік балқытуға негізделген жаңа механизм ұсынылады. Механизм балқытылған бассейнде қарқындылығы-модуляцияланған лазерлік сәулелену арқылы жоғары қарқынды ультрадыбыстық толқындардың пайда болуына негізделген. Эксперименттік зерттеулер мен сандық модельдеу бұл басқару механизмін заманауи таңдамалы дизайнға тиімді және техникалық тұрғыдан тиімді интеграциялауға болатындығын көрсетеді. лазерлік балқыту машиналары.
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 т.б.9,10 қоса алғанда, қоспаларды өндіру процестерінің алуан түрлілігіне қарамастан, оның негізгі ерекшеліктеріне байланысты ақаулар болуы мүмкін. жоғары термиялық градиенттермен, жоғары салқындату жылдамдығымен және материалды балқыту және қайта балқыту кезіндегі қыздыру циклдерінің күрделілігімен байланысты балқытылған бассейннің қатаю процесі 11, бұл эпитаксиалды дәннің өсуіне және айтарлықтай кеуектілікке әкеледі. 12,13 жылулық градиенттерді, салқындату жылдамдығын және қорытпаның құрамын бақылау немесе жұқа тепе-тең дәндік құрылымдарға қол жеткізу үшін ультрадыбыстық сияқты әртүрлі қасиеттердің сыртқы өрістерімен қосымша физикалық соққыларды қолдану қажет екенін көрсетті.
Көптеген жарияланымдар дірілмен өңдеудің кәдімгі құю процестеріндегі қатаю процесіне әсерімен айналысады14,15. Дегенмен, көлемді балқымаға сыртқы өрісті қолдану қажетті материалдың микроқұрылымын бермейді. Егер сұйық фазаның көлемі аз болса, жағдай күрт өзгереді. Бұл жағдайда сыртқы өріс дыбыстың қатаю процесіне айтарлықтай әсер етеді. өрістер16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, доғаны араластыру28 және тербеліс29, импульстік плазмалық доғалар кезіндегі электромагниттік әсерлер30,31 және басқа әдістер32 қарастырылды. Дәннің тазартылуы температура градиентінің төмендеуіне және кавитация арқылы жаңа кристаллиттер түзу үшін ультрадыбысты жақсартуға байланысты конститутивті суыту аймағының жоғарылауымен байланысты.
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 сіңіретін ортаға түсетін лазерлік сәулеленудің қарқындылығын модуляциялау материалдың микроқұрылымын өзгертетін ультрадыбыстық толқындардың пайда болуына әкеледі. лазерлік сәулеленуді қолданыстағы SLM 3D принтерлеріне оңай біріктіруге болады. Бұл жұмыстағы тәжірибелер беттері қарқындылығы бойынша модуляцияланған лазерлік сәулеленуге ұшыраған тот баспайтын болаттан жасалған пластиналарда орындалды. Сонымен, техникалық түрде, лазерлік бетті өңдеу жүргізіледі. Алайда, егер мұндай лазерлік өңдеу жүргізілсе, әр қабаттың бетіне немесе таңдалған көлемді салу кезінде бүкіл қабатқа әсер етеді. көлемге қол жеткізіледі. Басқаша айтқанда, егер бөлік қабат-қабат тұрғызылса, 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 төсек термоядролық аппаратында sonotrode пайдалану күрделі, өйткені ұнтақ радиациясының үстіңгі қабаты радиациялық қабатта қалуы керек. Сонымен қатар, бөліктің үстіңгі бетінде механикалық кернеу жоқ. 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% -нан аспауы керек, өйткені ультрадыбыстық толқындардың толқын ұзындығы кГц жиіліктегі болатсыз \2\ 0,3~\text {m}\) және Тереңдігі әдетте \(\sim 0,3~\text {мм}\) мәнінен аз болады. Сондықтан ультрадыбыстың кавитацияға әсері аз болуы мүмкін.
Металды тікелей лазермен тұндыру кезінде қарқындылығымен модуляцияланған лазерлік сәулеленуді қолдану зерттеудің белсенді бағыты болып табылатынын атап өткен жөн35,36,37,38.
Ортаға түсетін лазерлік сәулеленудің жылу әсерлері материалды өңдеудің барлық дерлік лазерлік әдістері 39, 40 үшін негіз болып табылады, мысалы, кесу 41, дәнекерлеу, шыңдау, бұрғылау 42, бетті тазалау, бетті легирлеу, бетті жылтырату 43 және т.б.материалдарды өңдеу технологиясы және жинақталған алдын ала нәтижелер көптеген шолуларда 44, 5 , монографиялар.
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, жиырылу кезіндегі 84, жиырылуы) және т.б. 49. Көптеген 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 (импульс ұзақтығы \(\tau _L \sim 150~} импульс арқылы өткен. бейтарап тығыздық сүзгілерінің сериясы және сәулені бөлу тақтасы жүйесі. Бейтарап тығыздық сүзгілерінің тіркесіміне байланысты нысанадағы импульстік энергия \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) бастап \(E_L \sim 100~\text {mJ}\) аралығында өзгереді. бір мезгілде деректерді алу және нысанаға түскен және одан шағылысқан оқиғаны анықтау үшін екі калориметр (ұзақ жауап беру уақыты \(1~\text {ms}\) асатын фотодиодтар), ал екі қуат өлшегіш (жауап беру уақыты қысқа фотодиодтар\(<10~\text {ns}\)) инцидент пен шағылысқан оптикалық қуат өлшем бірлігінде C абсолютті мәндерін анықтау үшін қолданылады. Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 термопильді детектор және үлгі орналасқан жерге орнатылған диэлектрлік айна. Объективті пайдаланып сәулені нысанаға бағыттаңыз (\(1,06 \upmu \text {m}\ шағылысына қарсы жабын), фокус аралығы \(160~\мәтін бетінде {мм}-м 6) \(100~\upmu\text {m}\).
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 лазер импульсінің ұзақтығы \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), ол әрқайсысы шамамен \(1,5~\upmu \text {s } \) көп ұзақтықтардан тұрады. Лазерлік импульстің уақытша пішіні және оның спектрі төмен жиілікті, шамамен орташа жиілік қабықшасы мен модульден тұрады. \(0,7~\мәтін {МГц}\), 2-суретте көрсетілгендей.- Жиілік конверт материалды қыздыруды және одан кейінгі балқуды және булануды қамтамасыз етеді, ал жоғары жиілікті құрамдас фотоакустикалық әсерге байланысты ультрадыбыстық тербелістерді қамтамасыз етеді. Лазермен жасалған ультрадыбыстық импульстің толқын пішіні негізінен импульстің уақыттық формасымен анықталады. Ол \(7~\мәтін {кГц}\) бастап \ (2~\мәтін {МГц}\) аралығында, ал орталық жиілігі \(~ 0,7~\мәтін {МГц}\). Фотоакустикалық әсерге байланысты акустикалық импульстар поливинилиденді фторидті пьезоэлектрлік түрлендіргіштердің көмегімен жазылған және оны толқындық пішінде жазылған 2-суретте көрсету керек. лазерлік импульстердің пішіні еркін жұмыс істейтін лазерге тән екенін атап өтті.
Лазер импульсінің қарқындылығының (a) және дыбыс жылдамдығының (b) үлгінің артқы бетінде уақытша таралуы, бір лазерлік импульстің спектрлері (көк қисық) (c) және ультрадыбыстық импульс (d) 300 лазерлік импульстардың орташа мәні (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» содан кейін инертті атмосфераның әсерлесетін атмосферамен әсерлесуі мүмкін. SLM-дегі жүктемелер келесідей.
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 бөліктердің геометриясын және тірек құрылымының жоғары қызуын айтарлықтай бұзады. импульстік лазермен жасыту жылдамдығы 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 тәжірибелік модульденген үлгіде анықталған флюс бетінде анықталады. салқындату өткізгіш жылу алмасуды және булану ағынын қамтиды. Масса ағыны буланатын материалдың қаныққан бу қысымын есептеу негізінде анықталады. Эластопластикалық кернеу-деформация байланысы термосерпімді кернеу температура айырмашылығына пропорционалды болған жағдайда қолданылады. Номиналды қуат үшін \(300~\text {W}^5}, жиілік \\\t), жиілік \\t 100 және \(200~\upmu \text {m}\ ) сәуленің тиімді 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 анықтау уақытымен {m}\) жергілікті нәтижелерді көрсетеді. Импульстік модуляцияның жоғары үзік-үзік факторына байланысты \(100~\text {K}\) ретінде. Қыздыру \(V_h\) және салқындату \(V_c\) жылдамдықтары сәйкесінше \(10^7\) және \(10^6~\text {K}/\text {s}\), ретімен. \(V_h\) және \(V_c\) беткі қабаттың тез қызып кетуіне әкеледі, мұнда субстратқа жылу өткізгіштігі жылуды кетіру үшін жеткіліксіз. Сондықтан, \(t=26~\upmu \text {s}\) кезінде бетінің температурасы \(4800~\text {K}\) сынама материалының шамадан тыс сіңуіне себеп болуы мүмкін. қысым және қабығын алып тастаңыз.
316L үлгі пластинасында бір лазерлік импульстік күйдіру балқу аймағының сандық модельдеу нәтижелері. Импульстің басынан балқыған бассейннің тереңдігіне дейінгі максималды мәнге жеткенге дейінгі уақыт \(180~\upmu\text {s}\) болып табылады. изобарлар (сары 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 микроқұрылымның күшті өзгеруіне әкелетін күшті механикалық жүктемелерге ұшырайды.
Бұл әсер әрі қарай 4a суретінде түсіндіріледі, мұнда балқыған аймақтағы қысым деңгейі бетке дейінгі уақыт пен қашықтықтың функциясы ретінде сызылады. Біріншіден, қысым әрекеті жоғарыдағы 2-суретте сипатталған лазерлік импульс қарқындылығының модуляциясымен байланысты. Максималды қысым \text{s}\) шамамен \(10~\text {MPa}\)=2000 (See 20~\text {МПа}\) байқалды. бақылау нүктесіндегі жергілікті қысымның ауытқуы \(500~\text {kHz}\ жиілігі сияқты тербеліс сипаттамаларына ие. Бұл ультрадыбыстық қысым толқындарының 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 кезеңі бар. Бірінші фазада \(t < 40~}\upmu \text {8ss) кернеудің жоғарылауы {МПа}\) беттік қысымға ұқсас модуляциямен. 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 \(40~\мәтін {МПа}\) үстінде жоғары термосерпімді кернеуді тудырады.
Алынған модуляцияланған кернеу деңгейлері қатты-сұйықтық интерфейсіне айтарлықтай әсер етеді және қатаю жолын реттейтін басқару механизмі болуы мүмкін. Деформация аймағының мөлшері балқу аймағынан 2-3 есе үлкен. 3-суретте көрсетілгендей, балқу изотермасының орналасуы және кернеу деңгейі шығымдылық кернеуіне тең, бұл механикалық импульсті кернеудің жоғары радиациямен салыстырылатынын білдіреді. лездік уақытқа байланысты тиімді диаметрі 300 және \(800~\upmu \text {m}\) аралығындағы локализацияланған аймақтар.
Сондықтан, импульстік лазерді 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 дән шекараларының қалыптасуы және астық астығының кіші шекаралары үшін нәзік қасиеттерге айналуы мүмкін. төменде көрсетілгендей әдейі өзгертілген. Алынған қорытындылар импульстік модуляциямен индукцияланған ультрадыбыстық басқарылатын SLM прототипін жобалау мүмкіндігін береді. Бұл жағдайда басқа жерде қолданылатын пьезоэлектрлік индукторды 26 алып тастауға болады.
(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 AISI 321H тот баспайтын болаттан жасалған пластиналарда орындалды, өлшемдері \(20\рет 20\рет 5~\text {мм}\). Әрбір лазерлік импульстен кейін пластина \(50~\upmu \text {m}\) қозғалады, ал нысана бетіндегі лазер сәулесінің белі шамамен \~м\\p {10mU\p) болады. Дәнді тазарту үшін өңделген материалды қайта балқыту үшін бір жол бойымен кейінгі сәулелік өтулер орындалады. Барлық жағдайларда лазерлік сәулеленудің тербелмелі құрамдас бөлігіне байланысты қайта балқытылған аймақ ультрадыбыстық күйге келтірілді. Бұл орташа астық алаңының 5 еседен астам қысқаруына әкеледі. қайта балқыту циклдары (өтеді).
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.
Дәнді тазарту балқытылған бассейннің жылдам салқындауы нәтижесінде болуы мүмкін65. Тағы бір тәжірибелер жинағы жүргізілді, онда тот баспайтын болаттан жасалған пластиналардың (321H және 316L) беттері атмосферадағы (6-сурет) және вакуумдағы (Cурет 7) үздіксіз толқынды лазерлік сәулеленуге ұшырады. Лазердің орташа қуаты, сәйкесінше бассейн және мольдік Вт (300 Вт) еркін жүріс режиміндегі Nd:YAG лазерінің тәжірибелік нәтижелеріне жақын. 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).
(а) вакуумды үздіксіз толқынды лазердің лазерлік балқу аймағының микроқұрылымы және (б) электронды кері шашырау дифракциялық кескіні (тұрақты қуат 100 Вт, сканерлеу жылдамдығы 200 мм/с, AISI 316L баспайтын болат) \ (\sim 2~\text {mbar }\).
Сондықтан, лазерлік импульс қарқындылығының күрделі модуляциясы алынған микроқұрылымға айтарлықтай әсер ететіні анық көрсетілген. Бұл әсер механикалық сипатта және балқыманың сәулеленген бетінен үлгіге терең таралатын ультрадыбыстық тербелістердің генерациясына байланысты пайда болады деп есептейміз. Ұқсас нәтижелер 13, 26, translectric , translectric , translectric , translectric 636 , 13 , 26 , 67636s пайдалану арқылы алынған. және Ti-6Al-4V қорытпасы 26 және тот баспайтын болат 34 нәтижесінде әртүрлі материалдарда жоғары қарқынды ультрадыбысты қамтамасыз ететін сонотродтар. Ықтимал механизм төмендегідей болжамдалған. Қарқынды ультрадыбыстық акустикалық кавитацияны тудыруы мүмкін, бұл ультра жылдам in situ синхротронды рентгендік кескінде толқындардың толқындарын тудыруы мүмкін. балқытылған материал, оның алдыңғы қысымы шамамен жетеді \(100~\text {МПа}\)69. Мұндай соққы толқындар қабат-қабат қоспалар өндірісінің типтік бағаналы астық құрылымын бұза отырып, сусымалы сұйықтықтарда сыни өлшемді қатты фазалық ядролардың түзілуіне ықпал ету үшін жеткілікті күшті болуы мүмкін.
Мұнда біз қарқынды Ультрадыбыспен құрылымдық модификацияға жауапты тағы бір механизмді ұсынамыз. Материал қатқаннан кейін ғана балқу нүктесіне жақын жоғары температурада және өте төмен шығымдылық кернеуіне ие. Қарқынды ультрадыбыстық толқындар жаңа ғана қатып қалған ыстық материалдың астық құрылымын өзгертуге пластикалық ағынды тудыруы мүмкін. Дегенмен, сенімді эксперименттік деректер бар (сималды кернеуге тәуелділікте қол жетімді) 1150~\text {K}\) (8-суретті қараңыз).Сондықтан 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 де MD7-де релаксация кернеуін қолдандық. 71, 72, 73. Атомаралық өзара әрекеттесу есептеулері үшін біз 74 MD моделіндегі енгізілген атомдық модельді (EAM) қолдандық. 75, 76 LAMMPS кодтары арқылы модельдеу орындалды. MD модельдеуінің егжей-тегжейлері басқа жерде жарияланады. Шығымдылық кернеуінің MD есептеу нәтижелері басқа суретте және басқа суретте көрсетілген. бағалау77,78,79,80,81,82.
AISI 316 маркалы аустениттік тот баспайтын болатқа арналған шығымдылық кернеуі және MD модельдеулері үшін температураға қарсы үлгі құрамы. Анықтамалардан алынған тәжірибелік өлшемдер: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. қараңыз. (f)82 кернеудің эмпирикалық кернеуін өлшеуге арналған. Лазердің көмегімен қоспаларды өндіру кезінде. Бұл зерттеудегі ауқымды MD модельдеу нәтижелері ақаусыз шексіз монокристал үшін \(\vartriangleleft\) және Hall-Petch қатынасы арқылы орташа түйір өлшемін ескере отырып, \(\vartriangleleft\) ретінде белгіленеді.
\(T>1500~\text {K}\) 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).