Nature.com saýtyna gireniňiz üçin sag boluň. Ulanýan brauzeriňiziň wersiýasynda CSS üçin çäkli goldaw bar. Iň gowy tejribe üçin täzelenen brauzer ulanmagyňyzy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de utgaşyklylyk režimini öçüriň). Şol bir wagtyň özünde, goldawy dowam etdirmegi üpjün etmek üçin saýty stilizasiýasyz we JavaScript-siz görkezeris.
Önümçilik prosesinde önümleriň mikrostrukturyny dolandyrmak üçin selektiw lazer eremegine esaslanýan täze mehanizm teklip edilýär. Bu mehanizm çylşyrymly intensiwlik modullaşdyrylan lazer şöhlelendirmesi arkaly ereýän howuzda ýokary intensiwlikli ultrases tolkunlarynyň döredilmegine esaslanýar. Eksperimental barlaglar we sanly simulýasiýalar bu dolandyryş mehanizminiň tehniki taýdan mümkindigini we häzirki zaman selektiw lazer ereýän maşynlarynyň dizaýnyna netijeli goşulyp bilinjekdigini görkezýär.
Soňky onýyllyklarda çylşyrymly görnüşli bölekleriň goşmaça önümçiligi (AM) ep-esli ösdi. Şeýle-de bolsa, goşmaça önümçilik prosesleriniň dürli görnüşlerine, şol sanda selektiw lazer eremegi (SLM)1,2,3, göni lazer metal çökündisi4,5,6, elektron şöhlesi eremegi7,8 we başgalar9,10 garamazdan, bölekler kemçilikli bolup biler. Bu, esasan, eritilen howuz gatama prosesiniň ýokary termal gradientler, ýokary sowadyş tizligi we eritýän we gaýtadan ereýän materiallarda gyzdyryş siklleriniň çylşyrymlylygy11 bilen baglanyşyklydyr, bu bolsa epitaksial däneleriň ösmegine we ep-esli gözeneklilige getirýär12,13. Netijeler görkezýär, termal gradientleri, sowadyş tizligini we ergin düzümini gözegçilikde saklamagyň ýa-da inçe deň okly däne gurluşlaryna ýetmek üçin dürli häsiýetli daşarky meýdanlar (meselem, ultrases) arkaly goşmaça fiziki zarbalary ulanmagyň zerurdygyny görkezýär.
Köp sanly neşirler adaty döküm proseslerinde titreme işlemesiniň gatylaşma prosesine täsiri bilen baglanyşyklydyr14,15. Şeýle-de bolsa, daşarky meýdany köpçülikleýin erginlere ulanmak islenýän material mikrostrukturasyny döretmeýär. Suwuk fazanyň göwrümi kiçi bolsa, ýagdaý düýpli üýtgeýär. Bu ýagdaýda, daşarky meýdan gatylaşma prosesine düýpli täsir edýär. Elektromagnit täsirler güýçli akustik meýdanlarda16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, ýaý garyşdyrmasynda28 we yrgyldamasynda29, impulsly plazma ýaýlarynda30,31 we beýleki usullar32 göz öňünde tutuldy. Daşarky ýokary intensiwli ultrases çeşmesini (20 kHz-de) ulanyp, substrata birikdiriň. Ultrases täsiri bilen dänäniň arassalanmagy temperatura gradientiniň peselmegi we kawitasiýa arkaly täze kristallitleri döretmek üçin ultrasesiň güýçlendirilmegi sebäpli düzümiň subsowadyş zolagynyň ýokarlanmagy bilen baglanyşyklydyr.
Bu işde biz ereýän lazeriň özi tarapyndan döredilen ses tolkunlary bilen erän howuzy ultrases bilen täsirlendirmek arkaly austenitik polatlaryň dänejik gurluşyny üýtgetmek mümkinçiligini öwrendik. Yşyk siňdiriji gurşawa düşýän lazer şöhlelenmesiniň intensiwlik modulýasiýasy materialyň mikrostrukturyny üýtgedýän ultrases tolkunlarynyň döremegine getirýär. Lazer şöhlelenmesiniň bu intensiwlik modulýasiýasy bar bolan SLM 3D printerlerine aňsatlyk bilen ornaşdyrylyp bilner. Bu işdäki tejribeler ýüzleri intensiwlik modulýasiýasy bilen üýtgedilen lazer şöhlelenmesine sezewar edilen polat plitalarda geçirildi. Şeýlelik bilen, tehniki taýdan lazer ýüzi işlenilýär. Şeýle-de bolsa, şeýle lazer işlenilişi her gatlagyň ýüzünde, gatlak-gatlak gurulanda, tutuş göwrümde ýa-da göwrümiň saýlanan böleklerinde täsir gazanylýar. Başgaça aýdylanda, eger bölek gatlak-gatlak gurulsa, her gatlagyň lazer ýüzi işlenilişi "lazer göwrüm işlenilişine" deňdir.
Ultrases şaýy esasynda ultrases terapiýasynda bolsa, duran ses tolkunynyň ultrases energiýasy komponent boýunça paýlanýar, lazer bilen döredilen ultrases intensiwligi bolsa lazer şöhlelenmesiniň siňdirilýän nokadyna golaý ýokary derejede jemlenendir. SLM poroşok gatlagyny garyşdyrýan maşynda sonotrody ulanmak çylşyrymly, sebäbi lazer şöhlelenmesine sezewar edilen poroşok gatlagynyň ýokarky ýüzi hereketsiz galmaly. Mundan başga-da, bölegiň ýokarky ýüzünde mehaniki stres ýok. Şonuň üçin akustik stres nola golaý we bölejikleriň tizligi bölegiň ähli ýokarky ýüzünde maksimum amplituda eýedir. Eriýän howuzuň ähli içindäki ses basyşy kebşirleýji kellesi tarapyndan döredilýän maksimum basyşyň 0,1% -inden geçmeli däldir, sebäbi poslamaýan polatda 20 kHz ýygylykly ultrases tolkunlarynyň tolkun uzynlygy \(\sim 0.3~\text {m}\) we çuňlugy adatça \(\sim 0.3~\text {mm}\-den azdyr. Şonuň üçin ultrasesiň kawitasiýa täsiri az bolup biler.
Gönüden-göni lazer metal çökündisinde intensiwlik modullaşdyrylan lazer şöhlelenmesiniň ulanylmagynyň işjeň ylmy ugurdygyny bellemelidiris35,36,37,38.
Lazer şöhlelenmesiniň gurşawa düşýän termal täsiri materiallary gaýtadan işlemek üçin lazer usullarynyň 39, 40 diýen ýaly ählisiniň, ýagny kesmek41, kebşirlemek, gatylaşdyrmak, burawlamak42, ýüzüni arassalamak, ýüzüni lehimlemek, ýüzüni jylamak43 we ş.m. üçin esas bolup durýar. Lazeriň oýlap tapylmagy materiallary gaýtadan işlemek usullarynda täze ösüşleri höweslendirdi we deslapky netijeler köp sanly synlarda we monografiýalarda jemlendi44, 45, 46.
Serişdede islendik stasionar däl täsiriň, şol sanda siňdiriji serişdä uzak möhletli täsiriň, onda akustik tolkunlaryň az ýa-da köp netijeli oýanmagyna getirýändigini bellemeli. Ilki başda esasy üns suwuklyklardaky tolkunlaryň lazer bilen oýanmagyna we sesiň dürli termal oýanma mehanizmlerine (termal giňelme, bugarma, faza geçişinde göwrümiň üýtgemegi, gysylma we ş.m.) gönükdirildi. 47, 48, 49. Köp sanly monografiýalarda 50, 51, 52 bu prosessiň we onuň mümkin bolan amaly ulanylyşynyň nazary seljermeleri berilýär.
Bu meseleler soňra dürli konferensiýalarda ara alnyp maslahatlaşyldy we ultrasesiň lazer bilen oýarylmagy lazer tehnologiýasynyň senagat ulanylyşlarynda hem-de lukmançylykda ulanylýar53. Şonuň üçin impulsly lazer yşygynyň siňdiriji gurşawa täsir edýän prosesiniň esasy konsepsiýasynyň döredilendigini hasaplamak bolar55. Lazer ultrases barlagy SLM tarapyndan öndürilen nusgalaryň kemçiliklerini ýüze çykarmak üçin ulanylýar55,56.
Lazer bilen döredilen şok tolkunlarynyň materiallara täsiri lazer şok peninginiň57,58,59 esasyny düzýär, ol goşmaça usulda öndürilen bölekleriň ýüzlerini işläp bejermek üçin hem ulanylýar60. Şeýle-de bolsa, lazer şok güýçlendirmesi nanoseksun lazer impulslarynda we mehaniki ýüklenen ýüzlerde (meselem, suwuklyk gatlagy bilen)59 has täsirli bolýar, sebäbi mehaniki ýükleme iň ýokary basyşy artdyrýar.
Gatylan materiallaryň mikrostrukturasyna dürli fiziki meýdanlaryň mümkin bolan täsirlerini öwrenmek üçin tejribeler geçirildi. Eksperimental gurluşyň funksional diagrammasy 1-nji suratda görkezilen. Erkin işleýän re inimde işleýän impulsly Nd:YAG gaty ýagdaýly lazer ulanyldy (impuls dowamlylygy \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\ )) . Her bir lazer impulsy birnäçe neýtral dykyzlyk süzgüçlerinden we şöhle bölüji plastinka ulgamyndan geçirilýär. Neýtral dykyzlyk süzgüçleriniň utgaşmasyna baglylykda, nyşanadaky impuls energiýasy \(E_L \sim 20~\text {mJ}\) aralygynda üýtgeýär. Şöhle bölüjisinden şöhlelenen lazer şöhlesi bir wagtyň özünde maglumat almak üçin fotodioda berilýär we nyşana düşýän we ondan şöhlelenen ýeri kesgitlemek üçin iki kalorimetr (uzyn jogap wagty \(1~\text {ms}\)-den ýokary bolan fotodiodlar) we iki güýç ölçeýjisi (gysga jogaply fotodiodlar) ulanylýar. düşýän we şöhlelenen optiki güýji kesgitlemek üçin gezek (<10~\text {ns})) ulanyldy. Kalorimetrler we güýç ölçegleri termopil detektory Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 we nusganyň ýerine oturdylan dielektrik aýnasy arkaly absolýut birliklerde gymmatlyklar bermek üçin kalibrlendi. Şöhläni nyşana linza (şöhle garşy örtük 1.06 m-de), fokus aralygy 160 m-de) we nyşanyň ýüzünde 60–100 m-de şöhle beli ulanyp gönükdiriň.
Eksperimental gurluşyň funksional shematiki diagrammasy: 1—lazer; 2—lazer şöhlesi; 3—neýtral dykyzlyk süzgüji; 4—sinhronlaşdyrylan fotodiod; 5—şöhle bölüji; 6—diafragma; 7—düşýän şöhle kalorimetri; 8—şöhle şöhlesiniň kalorimetri; 9—düşýän şöhle güýjüni ölçeýji; 10—şöhle şöhle güýjüni ölçeýji; 11—fokuslaýjy linza; 12—aýna; 13—nusga; 14—keň zolakly pýezoelektrik öwrüji; 15—2D öwrüji; 16—positioning mikrokontroller; 17—sinhronizasiýa enjamy; 18—dürli nusga alyş tizligi bolan köp kanally sanly toplama ulgamy; 19—şahsy kompýuter.
Ultrases işleme aşakdaky ýaly amala aşyrylýar. Lazer erkin işleýän režimde işleýär; şonuň üçin lazer impulsynyň dowamlylygy 150/150/20 ... Ol \(7~\text {kHz}\) aralygynda \(2~\text {MHz}\) aralygynda, merkezi ýygylyk bolsa \(~ 0.7~\text {MHz}\) aralygyndadyr. Fotoakustik täsir sebäpli akustik impulslar poliwiniliden fluorid plýonkalaryndan ýasalan giň zolakly pýezoelektrik öwrüjiler arkaly ýazylyp alyndy. Ýazylan tolkun görnüşi we onuň spektri 2-nji suratda görkezilen. Lazer impulslarynyň görnüşiniň erkin işleýän režimli lazer üçin tipikdigini bellemeli.
Nusganyň arka ýüzünde lazer impulsynyň intensiwliginiň (a) we ses tizliginiň wagt boýunça paýlanyşy (b), lazer impulsynyň (c) we ultrases impulsynyň (d) spektrleri ýeke lazer impulsy üçin ortaça 300 lazer impulsyndan (gyzyl egri) ýokary boldy (gök egri).
Lazer impulsynyň pes ýygylykly örtügine we ýokary ýygylykly modulýasiýasyna laýyk gelýän akustiki bejerginiň pes ýygylykly we ýokary ýygylykly böleklerini aýdyň tapawutlandyryp bileris. Lazer impulsynyň örtügi tarapyndan döredilen akustiki tolkunlaryň tolkun uzynlyklary \(40~\text {sm}\-den geçýär; şonuň üçin akustik signalyň giň zolakly ýokary ýygylykly bölekleriniň mikrogurluşa esasy täsiri garaşylýar.
SLM-däki fiziki prosesler çylşyrymlydyr we dürli giňişlik we wagt ölçeglerinde bir wagtda bolup geçýär. Şonuň üçin köp ölçegli usullar SLM-iň nazary seljermesi üçin iň amatlydyr. Matematiki modeller ilki bilen köp fiziki bolmalydyr. Soňra inert gaz atmosferasy bilen özara täsirleşýän köp fazaly gurşawyň "gaty-suwuk ergininiň" mehanikasy we termofizikasy netijeli beýan edilip bilner. SLM-däki material termoýulylyk ýükleriniň häsiýetnamalary aşakdaky ýalydyr.
Ýerli lazer şöhlelenmesi sebäpli \(10^{13}~\text {W} sm}^2\) çenli kuwwatlylyk dykyzlygy bilen \(10^6~\text {K}/\text {s}\) /\text{ çenli gyzdyrma we sowadyş tizlikleri.
Eriş-gataşma sikli 1 bilen \(10~\text {ms}\) aralygynda dowam edýär, bu bolsa sowadyş wagtynda ereme zolagynyň çalt gataşmagyna ýardam berýär.
Nusga ýüzüniň çalt gyzdyrylmagy ýüz gatlagynda ýokary termoelastik dartgynlyklaryň emele gelmegine getirýär. Toz gatlagynyň ýeterlik bölegi (20% çenli) güýçli buharlanýar63, bu bolsa lazer ablýasiýasyna jogap hökmünde ýüzde goşmaça basyş ýüküni döredýär. Netijede, induksiýa edilen dartgynlyk bölegiň geometriýasyny, esasanam ýakyn daýançlarda we inçe gurluş elementlerinde düýpli derejede bozýar. Impulsly lazer bilen ýumşatmakda ýokary gyzdyrma tizligi ýüzden substrata ýaýraýan ultrases dartgynlyk tolkunlarynyň döremegine getirýär. Ýerli dartgynlyk we dartgynlyk paýlanyşy barada takyk mukdary maglumatlary almak üçin, ýylylyk we massa geçişi bilen baglanyşykly elastik deformasiýa meselesiniň mezoskopiki simulýasiýasy geçirilýär.
Modeliň dolandyryjy deňlemeleri (1) ýylylyk geçirijiliginiň faza ýagdaýyna (poroşok, ergin, polikristal) we temperatura bagly bolan durnuksyz ýylylyk geçirijilik deňlemelerini, (2) kontinuum ablýasiýadan soň elastik deformasiýanyň üýtgemelerini we termoelastik giňelme deňlemesini öz içine alýar. Serhet gymmaty meselesi tejribe şertleri bilen kesgitlenýär. Modullaşdyrylan lazer akymy nusga ýüzünde kesgitlenýär. Konwektiw sowadyş geçiriji ýylylyk alyş-çalşygyny we bugarma akymyny öz içine alýar. Massa akymy bugarýan materialyň doýgun bug basyşynyň hasaplanmagy esasynda kesgitlenýär. Termoelastik dartgynlyk temperatura tapawudy bilen proporsional bolan ýerde elastoplastik dartgynlyk-deformasiýa gatnaşygy ulanylýar. Effektiw şöhle diametriniň nominal güýji (300~\text {W}), ýygylygy (10^5~\text {Hz}), aralyk koeffisiýenti 100 we (200~\upmu \text {m}) üçin.
3-nji suratda makroskopik matematiki model ulanyp, erän zonanyň sanly simulýasiýasynyň netijeleri görkezilýär. Ereýän zonanyň diametri 200-300 sm (radius 100-100 sm) we çuňlugy 40-100 sm. Simulýasiýanyň netijeleri impuls modulýasiýasynyň ýokary aralyk faktory sebäpli ýerüsti temperaturasynyň wagt bilen ýerli derejede 100-100 sm (K) üýtgeýändigini görkezýär. Gyzdyryş we sowadyş tizlikleri degişlilikde 10-7 sm we 10-6 sm (K)/s) derejesinde. Bu gymmatlyklar öňki analizimiz bilen gowy gabat gelýär 64. 10-10 sm we 10-10 sm arasyndaky tapawut ýerüsti gatlagyň çalt gyzmagyna getirýär, bu ýerde substrata ýylylyk geçirijiligi ýylylygy aýyrmak üçin ýeterlik däl. Şonuň üçin 10-26 sm-de \text {s}\) ýüziň temperaturasy \(4800~\text {K}\) çenli ýokary galýar. Materialyň güýçli bugarmagy nusganyň ýüzüniň aşa köp basyşa sezewar bolmagyna we soyulmagyna sebäp bolup biler.
316L nusga plastinkasynda ýeke lazer impulsy bilen ýumşamagyň ereme zolagynyň sanly simulýasiýa netijeleri. Impulsyň başyndan ereýän howuzuň çuňlugyna çenli iň ýokary gymmata ýetýän wagt \(180~\upmu\text {s}\). Izoterm \(T = T_L = 1723~\text {K}\) suwuk we gaty fazalaryň arasyndaky serhedi görkezýär. Izobarlar (sary çyzyklar) indiki bölümde temperatura funksiýasy hökmünde hasaplanan akym stresine gabat gelýär. Şonuň üçin iki izolýasiýa (izotermler \(T=T_L\) we izobarlar \(sigma =\sigma _V(T)\)) arasyndaky oblastda gaty faza güýçli mehaniki ýüklere sezewar bolýar, bu bolsa mikrostrukturanyň üýtgemegine getirip biler.
Bu täsir 4a-njy suratda has giňişleýin düşündirilýär, bu ýerde erän zonadaky basyş derejesi wagtyň we ýüzden uzaklygyň funksiýasy hökmünde görkezilýär. Birinjiden, basyşyň häsiýeti ýokardaky 2-nji suratda beýan edilen lazer impulsynyň intensiwliginiň modulýasiýasy bilen baglanyşyklydyr. Takmynan 10-10 MPa deň bolan iň ýokary basyş takmynan 26-26 minutda syn edildi. Ikinjiden, gözegçilik nokadyndaky ýerli basyşyň üýtgemesi 500-10 kHz ýygylygy bilen birmeňzeş yrgyldama häsiýetlerine eýedir. Bu, ultrases basyş tolkunlarynyň ýüzde döreýändigini we soňra substrata ýaýraýandygyny aňladýar.
Eriş zolagynyň golaýyndaky deformasiýa zolagynyň hasaplanan häsiýetnamalary 4b-nji suratda görkezilen. Lazer ablýasiýasy we termoelastik stres substrata ýaýraýan elastik deformasiýa tolkunlaryny döredýär. Suratdan görnüşi ýaly, stres döremeginiň iki tapgyry bar. t < 40 ~ upmu \text {s} \ birinji tapgyrynda, Mises stresi ýüz basyşyna meňzeş modulýasiýa bilen 8 ~ MPa \) çenli ýokarlanýar. Bu stres lazer ablýasiýasy sebäpli ýüze çykýar we gözegçilik nokatlarynda termoelastik stres syn edilmedi, sebäbi başlangyç ýylylyk täsir edýän zona gaty kiçi boldy. Ýylylyk substrata ýaýranda, gözegçilik nokady 40 ~ MPa \) -den ýokary ýokary termoelastik stres döredýär.
Alnan modullaşdyrylan stres derejeleri gaty-suwuklyk serhedine uly täsir edýär we gataşma ýoluny dolandyrýan dolandyryş mehanizmi bolup biler. Deformasiýa zolagynyň ululygy ereme zolagynyň ululygyndan 2-3 esse uly. 3-nji suratda görkezilişi ýaly, ereme izotermasynyň ýerleşýän ýeri we çykym stresine deň bolan stres derejesi deňeşdirilýär. Bu, impulsly lazer şöhlelendirmesiniň ýerli ýerlerde netijeli diametri 300 bilen 800 m aralygynda bolan ýokary mehaniki ýükleri üpjün edýändigini aňladýar.
Şonuň üçin impulsly lazer bilen ýumşamagyň çylşyrymly modulýasiýasy ultrases täsirine getirýär. Mikrogurluş saýlama ýoly ultrases ýüklemesi bolmadyk SLM bilen deňeşdirilende tapawutlanýar. Deformasiýa edilen durnuksyz sebitler gaty fazada döwürleýin gysyşma we dartgynma sikllerine getirýär. Şeýlelik bilen, täze däne serhetleriniň we däneasty serhetleriniň emele gelmegi mümkin bolýar. Şonuň üçin aşakda görkezilişi ýaly, mikrogurluş häsiýetlerini maksatly üýtgedip bolýar. Alnan netijeler impuls modulýasiýasy bilen döredilen ultrases bilen işleýän SLM prototipini dizaýn etmek mümkinçiligini berýär. Bu ýagdaýda, başga ýerde ulanylan pýezoelektrik induktor 26 çykarylyp bilner.
(a) Simmetriýa okunyň ugrunda 0, 20 we 40 m aralykda hasaplanan basyşyň wagtyň funksiýasy hökmünde.(b) Wagta bagly Von Mises stresi, nusganyň ýüzünden 70, 120 we 170 m aralykda berk matrisada hasaplanylýar.
Tejribeler ölçegleri \(20 gezek 20 gezek 5 ~\text {mm}\) bolan AISI 321H poslamaýan polat plitalarynda geçirildi. Her lazer impulsyndan soň, plastinka \(50 ~\upmu \text {m}\) hereket edýär we nyşana ýüzündäki lazer şöhlesiniň beli takmynan \(100 ~\upmu \text {m}\ ...
(a,d,g,j) we (b,e,h,k) kiçi çyzgylar – lazer bilen ereýän sebitleriň mikrostrukturasy, kiçi çyzgylar (c,f,i,l) – reňkli dänejikleriň meýdan paýlanyşy. Kölegeleme gistogrammany hasaplamak üçin ulanylýan bölejikleri görkezýär. Reňkler dänejik sebitlerine gabat gelýär (gistogrammanyň ýokarsyndaky reňk çyzygyna serediň). Kiçi çyzgylar (ac) işlenilmedik polatdan ýasalan polatdan ýasalan we (df), (gi), (jl) kiçi çyzgylar 1, 3 we 5 gaýtadan ereýänlere gabat gelýär.
Lazer impuls energiýasy indiki geçişleriň arasynda üýtgemeýändigi sebäpli, ereýän zonanyň çuňlugy şol birdir. Şeýlelik bilen, indiki kanal öňkisini doly "örtýär". Şeýle-de bolsa, gistogramma ortaça we median däne meýdanynyň geçişleriň sanynyň artmagy bilen azalýandygyny görkezýär. Bu lazeriň ereýäne däl-de, substrata täsir edýändigini görkezip biler.
Däneleriň arassalanmagy ereýän howuzuň çalt sowamagy sebäpli bolup biler65. Başga bir tejribe toplumy geçirildi, onda polat plitalaryň (321H we 316L) ýüzleri atmosferada (6-njy surat) we wakuumda (7-nji surat) üznüksiz tolkun lazer şöhlelenmesine sezewar edildi. Lazeriň ortaça güýji (degişlilikde 300 W we 100 W) we ereýän howuzuň çuňlugy erkin işleýän re inimde Nd:YAG lazeriniň tejribe netijelerine ýakyn. Şeýle-de bolsa, adaty sütünli gurluş syn edildi.
Üznüksiz tolkunly lazeriň lazer bilen ereýän böleginiň mikrostrukturasy (300 W hemişelik güýç, 200 mm/s skanirleme tizligi, AISI 321H poslamaýan polat).
(a) Mikrostruktura we (b) üznüksiz tolkun lazeri (100 W hemişelik güýç, 200 mm/s skanirleme tizligi, AISI 316L poslamaýan polat) bilen wakuumda lazer bilen ereýän sebitiň elektron yzyna saçylma difraksiýa suratlary\ (\sim 2~\text {mbar}\).
Şonuň üçin lazer impulsynyň intensiwliginiň çylşyrymly modulýasiýasynyň emele gelen mikrostruktura uly täsir edýändigi aýdyň görkezilýär. Biz bu täsiriň mehaniki häsiýete eýedigini we eriniň şöhlelendirilen ýüzünden nusganyň içine çuňňur ýaýraýan ultrases titremeleriniň döremegi sebäpli ýüze çykýandygyna ynanýarys. Şeýle netijeler 13, 26, 34, 66, 67-de daşarky pýezoelektrik öwrüjileri we sonotrodlary ulanyp, Ti-6Al-4V ergin 26 we poslamaýan polat 34 ýaly dürli materiallarda ýokary intensiw ultrases üpjün etmek arkaly alyndy. Mümkin bolan mehanizm aşakdaky ýaly çak edilýär. Güýçli ultrases akustik kawitasiýanyň döremegine sebäp bolup biler, bu bolsa ultra çalt in situ sinhrotron rentgen suratlarynda görkezilýär. Kawitasiýa köpürjikleriniň dargamagy öz gezeginde erän materialda şok tolkunlaryny döredýär, olaryň öňki basyşy takmynan 100 ~ \text {MPa} \)69-a ýetýär. Şeýle şok tolkunlary köpçülikleýin suwuklyklarda kritiki ululykdaky gaty fazaly ýadrolaryň emele gelmegine ýardam bermek üçin ýeterlik derejede güýçli bolup biler, bu bolsa adaty sütünli däne gurluşyny bozýar. gatlak-gatlak goşundy önümçiligi.
Bu ýerde biz güýçli ultrases arkaly gurluş üýtgeşmesine jogapkär başga bir mehanizmi teklip edýäris. Gatyşdyrylandan soň derrew material ereme nokadyna golaý ýokary temperaturada bolýar we örän pes girdeji stresine eýedir. Güýçli ultrases tolkunlary plastik akymyň gyzgyn, ýaňy gatylaşan materialyň däne gurluşyny üýtgetmegine sebäp bolup biler. Şeýle-de bolsa, girdeji stresiniň temperatura baglylygy barada ygtybarly tejribe maglumatlary \(T\lessim 1150~\text {K}\) salgysynda bar (8-nji surata serediň). Şonuň üçin bu gipotezany barlamak üçin, ereme nokadyna golaý girdeji stresiniň häsiýetini bahalandyrmak üçin AISI 316 L polatyna meňzeş Fe-Cr-Ni düzüminiň molekulýar dinamika (MD) simulýasiýalaryny geçirdik. Çykyş stresini hasaplamak üçin, 70, 71, 72, 73-nji bölümlerde jikme-jik beýan edilen MD kesiş stresiniň relaksasiýa usulyny ulandyk. Atomara özara täsir hasaplamalary üçin 74-nji bölümden Içerki Atom Modelini (EAM) ulandyk. MD simulýasiýalary LAMMPS kodlary 75, 76 ulanylyp ýerine ýetirildi. MD simulýasiýalarynyň jikme-jiklikleri çap ediler. başga ýerde. Temperaturanyň funksiýasy hökmünde akym stresiniň MD hasaplama netijeleri elýeterli eksperimental maglumatlar we beýleki bahalandyrmalar bilen bilelikde 8-nji suratda görkezilen77,78,79,80,81,82.
AISI 316 derejeli austenitik polat üçin çykym stresi we MD simulýasiýalary üçin model düzümi temperatura garşy. Salgylanmalardan eksperimental ölçegler: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. salgylan. (f)82 lazer kömegi bilen goşundy öndürmek wagtynda çyzyk içindäki stres ölçegleri üçin çykym stres-temperatura garaşlylygynyň empirik modelidir. Bu gözlegde uly möçberli MD simulýasiýalarynyň netijeleri, Hall-Petch gatnaşygy Ölçegler\(d = 50~\upmu \text {m}\) arkaly ortaça däne ölçeglerini hasaba almak bilen, kemçiliksiz çäksiz bir kristal üçin \(\vartriangleft\) we çäkli däneler üçin \(\vartriangleright\) hökmünde bellenilýär.
Görülýän ýaly, \(T>1500~\text {K}\) bolanda, çykgynlylyk stresiniň \(40~\text {MPa}\)-den aşak düşýär. Beýleki tarapdan, çaklamalar lazer bilen döredilen ultrases amplitudasynyň \(40~\text {MPa}\)-den geçýändigini çaklaýar (4b-nji surata serediň), bu bolsa ýaňy gatylaşan gyzgyn materialda plastik akymy döretmek üçin ýeterlikdir.
SLM döwründe 12Cr18Ni10Ti (AISI 321H) austenitik polatdan mikrostrukturanyň emele gelmegi çylşyrymly intensiwlik modullaşdyrylan impulsly lazer çeşmesini ulanyp, tejribe arkaly öwrenildi.
1, 3 ýa-da 5 gezek geçirilenden soň lazeriň yzygiderli gaýtadan eremegi sebäpli lazer ereme zolagynda dänejikleriň ululygynyň kiçelmegi ýüze çykaryldy.
Makroskopik modelleşdirme ultrases deformasiýasynyň gatylaşma frontuna oňyn täsir edip biljek sebitiniň çaklanylýan ölçeginiň \(1~\text {mm}\) çenlidigini görkezýär.
Mikroskopiki MD modeli AISI 316 austenitik polatdan ýasalan polatyň akym güýjüniň ereme nokadynyň golaýynda \(40~\text {MPa}\) çenli ep-esli azalýandygyny görkezýär.
Alnan netijeler çylşyrymly modullaşdyrylan lazer işlemesini ulanyp materiallaryň mikrostrukturyny dolandyrmagyň usulyny görkezýär we impulsly SLM tehnikasynyň täze modifikasiýalaryny döretmek üçin esas bolup hyzmat edip biler.
Liu, Y. we başg. Lazer selektiw ereme arkaly in situ TiB2/AlSi10Mg kompozitleriniň mikrostruktur ewolýusiýasy we mehaniki häsiýetleri [J].J. Alloys.compound.853, 157287. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157287 (2021).
Gao, S. we beýlekiler. 316L poslanmaýan polatdan lazer bilen selektiw eremegiň dänejik serhetleriniň täzeden kristallaşdyrylmagy [J]. Alma Mater žurnaly. 200, 366–377. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.015 (2020).
Çen, X. we Qiu, C. Lazer bilen ereýän titan erginlerini lazer bilen gaýtadan gyzdyrmak arkaly ýokarlandyrylan çeýeligi bolan sendwiç mikrostrukturalarynyň ýerinde işlenip düzülmegi. ylmy. 10-njy Žurnal, 15870. https://doi.org/10.1038/s41598-020-72627-x (2020).
Azarniýa, A. we başg. Lazerli metal çökündisi (LMD) arkaly Ti-6Al-4V bölekleriniň goşmaça önümçiligi: proses, mikrostruktura we mehaniki häsiýetler. J. Alloys.compound.804, 163–191. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.04.255 (2019).
Kumara, C. we beýlekiler. 718 ergininiň lazer metal poroşogy bilen gönükdirilen energiýa çökündisiniň mikrostruktur modelleşdirilmegi. Önümçilige goşuň.25, 357–364. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.024 (2019).
Busey, M. we beýlekiler. Lazer şok peningi bilen işlenilen goşmaça usulda öndürilen nusgalaryň parametrik neýtron Bragg gyrasynyň şekilini öwrenmek. science.Rep. 11, 14919. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94455-3 (2021).
Tan, X. we başg. Elektron şöhlesiniň eremegi arkaly goşmaça usulda öndürilen Ti-6Al-4V-iň gradient mikrostruktury we mehaniki häsiýetleri. Alma Mater Journal.97, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.036 (2015).