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). Hozircha qo‘llab-quvvatlashning davom etishini ta’minlash uchun biz saytni uslubsiz va JavaScript-ni ishlatmasdan ko‘rsatamiz.
Ishlab chiqarish jarayonida mahsulotlarning mikrostrukturasini nazorat qilish uchun selektiv lazerli eritishga asoslangan yangi mexanizm taklif qilinmoqda. Mexanizm eritilgan hovuzda yuqori intensivlikdagi ultratovush to'lqinlarini murakkab intensivlik bilan modulyatsiyalangan lazer nurlanishi orqali hosil qilishga tayanadi. Eksperimental tadqiqotlar va raqamli simulyatsiyalar shuni ko'rsatadiki, ushbu boshqaruv mexanizmi zamonaviy tanlab olinadigan dizayn va texnik jihatdan samarali integratsiyalangan bo'lishi mumkin. lazerli eritish mashinalari.
So'nggi o'n yilliklarda murakkab shaklli qismlarni qo'shimcha ishlab chiqarish (AM) sezilarli darajada o'sdi. Biroq, qo'shimchalar 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 asosiy kamchiliklari bo'lishi mumkin. yuqori termal gradientlar, yuqori sovutish tezligi va eritish va qayta eritish materiallarida isitish davrlarining murakkabligi11 bilan bog'liq bo'lgan eritilgan hovuzni qotib qolish jarayoni, bu epitaksial don o'sishiga va sezilarli porozitega olib keladi12,13. Natijalar shuni ko'rsatadiki, termal gradientlarni, sovutish tezligini va qotishma tarkibini nazorat qilish yoki nozik teng o'qli don tuzilmalariga erishish uchun turli xil xususiyatlarga ega tashqi maydonlar (masalan, ultratovush) orqali 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'liq 14,15.Ammo, ommaviy eritmalarga tashqi maydonni qo'llash kerakli material mikro tuzilishini keltirib chiqarmaydi.Agar suyuqlik fazasining hajmi kichik bo'lsa, vaziyat keskin o'zgaradi.Bu holda, tashqi maydon qattiqlashuv jarayonida elektr magnit ta'siriga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. maydonlar16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27, yoyni aralashtirish28 va tebranish29, impulsli plazma yoylari30,31 va boshqa usullar32 .Tashqi yuqori intensivlikdagi ultratovush manbasi yordamida substratga biriktiring (20 gramlik chastotali ultratovush chastotasida). Kavitatsiya orqali yangi kristallitlar hosil qilish uchun harorat gradientining pasayishi va ultratovush ta'sirining kuchayishi tufayli kompozitsion subcooling zonasining ortishi bilan bog'liq.
Ushbu ishda biz eritilgan lazerning o'zi tomonidan hosil bo'ladigan tovush to'lqinlari bilan eritilgan hovuzni ultratovush qilish yo'li bilan ostenitik zanglamaydigan po'latlarning don tuzilishini o'zgartirish imkoniyatini o'rgandik. Yorug'likni yutuvchi muhitga tushgan lazer nurlanishining intensivligi modulyatsiyasi ultratovush to'lqinlarining paydo bo'lishiga olib keladi, bu materialning mikro tuzilishini o'zgartiradi. lazer nurlanishini mavjud SLM 3D printerlariga osongina integratsiyalash mumkin. Bu ishdagi tajribalar zanglamaydigan po'latdan yasalgan plitalarda amalga oshirildi, ularning sirtlari intensivligi bilan modulyatsiyalangan lazer nurlanishiga duchor bo'ldi. Shunday qilib, texnik jihatdan, lazer bilan ishlov berish amalga oshiriladi. Ammo, agar bunday lazer bilan ishlov berish amalga oshirilsa - har bir qatlam yuzasiga yoki tanlangan qismlarga, butun qatlamga ta'sir qilish - har bir qatlam yuzasiga, tanlangan hajmning butun qatlamiga ta'siri. hajmga erishiladi.Boshqacha qilib aytganda, agar qism qatlam-qatlam qurilgan bo'lsa, 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 nuqta yaqinida yuqori darajada to'plangan. SLM kukunli termoyadroviy mashinasida sonotroddan foydalanish murakkab, chunki kukun radiatsiyasining yuqori yuzasida qolishi kerak. Bundan tashqari, qismning ustki yuzasida mexanik kuchlanish yo'q.Shuning uchun akustik kuchlanish nolga yaqin va zarracha tezligi qismning butun 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 kHz bo'lgan po'lat chastotali \2\0 dir. 0,3~\matn {m}\) va chuqurlik odatda \(\sim 0,3~\text {mm}\) 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.
Lazer nurlanishining muhitga issiqlik ta'siri kesish41, payvandlash, qotish, burg'ulash42, sirtni tozalash, sirtni qotishma, sirtni jilolash43 va boshqalar kabi materiallarni qayta ishlash uchun deyarli barcha lazer texnikasi 39, 40 uchun asos bo'lib xizmat qiladi. monografiyalar44,45,46.
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 suyuqliklardagi to'lqinlarning lazer qo'zg'alishiga va tovushning turli termal qo'zg'alish mexanizmlariga (issiqlik kengayishi, bug'lanish, o'tish fazasi, 84, siqilish va boshqalar) qaratildi. 49.Ko'plab monografiyalarda50, 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 boʻlgan taʼsirini oʻrganish uchun tajribalar oʻtkazildi. Tajriba oʻrnatishning funksional diagrammasi 1-rasmda koʻrsatilgan. Erkin rejimda ishlaydigan impulsli Nd:YAG qattiq holatdagi lazer (impulsning davomiyligi \(\tau _L \sim 150~} pulsdan oʻtgan) neytral zichlik filtrlari seriyasi va nurni 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. Bir vaqtning o'zida ma'lumotlarni yig'ish va ikkita kaloriyametr (uzoq javob vaqti \(1~\matn {ms}\) dan ortiq bo'lgan fotodiodlar) nishonga kelgan va undan aks ettirilgan hodisani aniqlash uchun va ikkita quvvat o'lchagich (qisqa javob vaqtlari bo'lgan fotodiodlar \(<10~\matn {ns}\)) mutlaq quvvat o'lchagichlari va aks ettirilgan quvvat o'lchagichlarining mutlaq qiymatlarini aniqlash uchun ishlatiladi. Gentec-EO XLP12-3S-H2-D0 termopil detektori va namuna joylashgan joyga o'rnatilgan dielektrik oyna. Ob'ektiv yordamida nurni nishonga qarating (\(1,06 \upmu \text {m}\ da aks ettirishga qarshi qoplama), fokus masofasi \(160~\matn) va nishon yuzasida {mm}\0) \(100~\upmu\text {m}\).
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 pulsining davomiyligi \(\tau _L \sim 150~\upmu \text {s}\), har biri taxminan \(1,5~\upmu \text {s } \) boʻlgan koʻp muddatlardan iborat. Lazer pulsining vaqtinchalik shakli va uning spektri past chastotali, taxminan chastotali konvert va oʻrtacha chastotali modulyatsiyadan iborat. \(0,7~\matn {MHz}\), 2-rasmda ko'rsatilganidek.- Chastota konverti materialning qizishi va keyinchalik erishi va bug'lanishini ta'minlaydi, yuqori chastotali komponent esa fotoakustik effekt tufayli ultratovushli tebranishlarni ta'minlaydi.Lazer tomonidan hosil qilingan ultratovush impulsining to'lqin shakli asosan laser pulsning 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 poliviniliden ftoridli keng polosali pyezoelektrik o'zgartirgichlar yordamida qayd etilgan va uni to'lqin shaklida ko'rsatish kerak. lazer impulslarining shakli erkin ishlaydigan rejimdagi lazerga xos ekanligini qayd etdi.
Lazer zarbasi intensivligining vaqtincha taqsimlanishi (a) va namunaning orqa yuzasida tovush tezligi (b), lazer zarbasi spektrlari (c) va ultratovush impulsi (d) bitta lazer zarbasi (ko'k egri) uchun o'rtacha 300 dan ortiq lazer zarbasi (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" keyinchalik tasvirlangan inert gaz atmosferasi bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkin. SLMdagi yuklar quyidagicha.
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 deformatsiya, ayniqsa, qismning yuqori issiqlik geometriyasini va yaqin qismidagi qo'llab-quvvatlash geometriyasini sezilarli darajada buzadi. impulsli lazer bilan yumshatish tezligi sirtdan substratga tarqaladigan ultratovushli deformatsiya to'lqinlarining paydo bo'lishiga olib keladi.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 tenglamalariga (1) issiqlik o'tkazuvchanligi faza holatiga (chang, eritma, polikristallik) va haroratga bog'liq bo'lgan beqaror issiqlik uzatish tenglamalari, (2) uzluksiz ablasyondan keyin elastik deformatsiyaning o'zgarishi va termoelastik kengayish tenglamasi kiradi. Chegaraviy masala eksperimental aniqlangan modulli yuzadagi namunaviy oqim bilan aniqlanadi. sovutish o'tkazuvchi issiqlik almashinuvi va bug'lanish oqimini o'z ichiga oladi. Massa oqimi bug'lanish materialining 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~\text {W} ^ 5 Hz {W} ^ 5 Hz), chastota \\\t, chastota \\t 100 va \(200~\upmu \text {m}\ ) samarali nur diametri.
3-rasmda makroskopik matematik model yordamida erigan zonani raqamli simulyatsiya qilish natijalari ko'rsatilgan. Birlashish zonasining diametri \(200~\upmu \text {m}\) (\(100~\upmu \text { m}\) radius) va \(40~\upmu \text {m}\) radiusi mahalliy haroratni ko'rsatadi. Impuls modulyatsiyasining yuqori intervalgacha omili tufayli \(100~\matn {K}\) sifatida.Isitish \(V_h\) va sovutish \(V_c\) stavkalari mos ravishda \(10^7\) va \(10^6~\matn {K}/\matn {s}\) ga teng. Bu qiymatlar bizning oldingi tahlilimiz oʻrtasidagi 4 graduslik farq bilan yaxshi kelishuvga ega. \(V_h\) va \(V_c\) sirt qatlamining tez qizib ketishiga olib keladi, bu erda substratga issiqlik o'tkazuvchanligi issiqlikni olib tashlash uchun etarli emas.Shuning uchun \(t=26~\upmu \text {s}\) da sirt harorati eng yuqori cho'qqilarga etadi \(4800~\matn {K}\) ta'sir etuvchi materialning haddan tashqari porlashiga olib kelishi mumkin. bosim o'tkazing va tozalang.
316L namunali plastinkada bitta lazerli impulsli tavlanishning erish zonasining raqamli simulyatsiyasi natijalari. Pulsning boshidan eritilgan hovuz chuqurligigacha bo'lgan vaqt maksimal qiymatga etadi \(180~\upmu\text {s}\). Izoterm\(T = T_L = 1723~}\) matn suyuqlik va bo'shliq orasidagi {K. izobarlar (sariq chiziqlar) keyingi bo'limda harorat funksiyasi sifatida hisoblangan oqim kuchlanishiga to'g'ri keladi.Shuning uchun, ikkita izoliya (izotermlar\(T=T_L\) va izobarlar\(\sigma =\sigma _V(T)\) o'rtasidagi domenda qattiq faza kuchli mexanik yuklamalarga duchor bo'ladi, bu mikrostrukturaning o'zgarishiga olib kelishi mumkin.
Bu ta'sir 4a-rasmda qo'shimcha ravishda tushuntiriladi, bu erda erigan zonadagi bosim darajasi sirtdan vaqt va masofaga bog'liq. Birinchidan, bosim harakati yuqoridagi 2-rasmda tasvirlangan lazer impulsi intensivligining modulyatsiyasi bilan bog'liq. Maksimal bosim \text{s}\) taxminan \(10~\matn {MPa}\)da kuzatildi. nazorat nuqtasida mahalliy bosimning o'zgarishi \(500~\matn {kHz}\ chastotasi bilan bir xil tebranish xususiyatlariga ega. Bu ultratovush 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 ablasyon va termoelastik kuchlanish substratga tarqaladigan elastik deformatsiya to'lqinlarini hosil qiladi.Rasmdan ko'rinib turibdiki, kuchlanish hosil bo'lishining ikki bosqichi mavjud.Birinchi fazada \(t < 40~}\upmu \text \\tses {8ss) ko'tariladi. {MPa}\) sirt bosimiga oʻxshash modulyatsiya bilan.Ushbu kuchlanish lazer ablasyonu tufayli yuzaga keladi va dastlabki issiqlik taʼsir qiladigan zona juda kichik boʻlganligi sababli nazorat nuqtalarida termoelastik kuchlanish kuzatilmadi.Issiqlik taglikka 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. lahzali vaqtga qarab 300 va \(800~\upmu \text {m}\) gacha bo'lgan samarali diametrli mahalliylashtirilgan joylar.
Shuning uchun, impulsli lazerni yumshatishning murakkab modulyatsiyasi ultratovush effektiga olib keladi. Agar ultratovush yuklamaydigan SLM bilan solishtirganda mikro tuzilmani tanlash yo'li boshqacha bo'ladi. Deformatsiyalangan beqaror hududlar qattiq fazada siqilish va cho'zilishning davriy tsikllariga olib keladi. Shunday qilib, yangi don chegaralarining shakllanishi va pastki don chegaralari uchun mikrostruct xossalari bo'lishi mumkin. quyida ko'rsatilganidek, qasddan o'zgartirilgan. Olingan xulosalar impuls modulyatsiyasiga asoslangan 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 harakatlanadi \ (50 ~ \ upmu \ matn {m} \) va lazer nurlarining nishon yuzasida bel qismi taxminan \ (10 ​​\u000 mU) ga teng. Keyingi nurli o'tishlar 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. qayta eritish davrlari (o'tadi).
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 qildi. O'rtacha lazer kuchi va mos ravishda 300 Vt va mol kuchi (300 Vt) erkin ishlaydigan rejimda Nd: YAG lazerining eksperimental natijalariga yaqin. Biroq, odatdagi 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) vakuumda doimiy to'lqinli lazer (100 Vt doimiy quvvat, 200 mm / s skanerlash tezligi, AISI 316L zanglamaydigan po'lat) bilan vakuumda lazer bilan eritilgan hududning mikro tuzilmasi va (b) elektron orqaga tarqaladigan diffraktsiya tasvirlari \ (\ sim 2 ~ \ matn {mbar} \).
Shuning uchun lazer impulsi intensivligining kompleks modulyatsiyasi hosil bo'lgan mikrostrukturaga sezilarli ta'sir ko'rsatishi aniq ko'rsatilgan.Biz ishonamizki, bu ta'sir mexanik xususiyatga ega va eritmaning nurlangan yuzasidan namunaga chuqur tarqaladigan ultratovushli tebranishlar hosil bo'lishi tufayli yuzaga keladi.Shunga o'xshash natijalar 13, 26, 67634, tashqi translectric yordamida olingan. va Ti-6Al-4V qotishmasi 26 va zanglamaydigan po'latdan 34 natijasida turli xil materiallarda yuqori intensiv ultratovushni ta'minlaydigan sonotrodlar. Mumkin bo'lgan mexanizm quyidagicha taxmin qilinadi. Kuchli ultratovush akustik kavitatsiyaga olib kelishi mumkin, bu ultrafast in situ sinxrotron rentgen nurida ko'rsatilgandek, to'lqinlarning burilish qabariqlarida paydo bo'ladi. erigan material, uning oldingi bosimi taxminan \(100~\matn {MPa}\)69 ga etadi.Bunday zarba to'lqinlari qatlamli qo'shimchalar ishlab chiqarishning tipik ustunli don tuzilishini buzuvchi, quyma suyuqliklarda tanqidiy o'lchamdagi qattiq fazali yadrolarning shakllanishiga yordam beradigan darajada kuchli bo'lishi mumkin.
Bu erda biz kuchli sonikatsiya orqali strukturani o'zgartirish uchun mas'ul bo'lgan yana bir mexanizmni taklif qilamiz. Qattiqlashgandan so'ng, material erish nuqtasiga yaqin yuqori haroratda bo'ladi va juda past rentabellikdagi stressga ega. Kuchli ultratovush to'lqinlari issiq, shunchaki qotib qolgan materialning don tuzilishini o'zgartirishi uchun plastik oqimga olib kelishi mumkin. 1150~\text {K}\) (8-rasmga qarang).Shuning uchun bu gipotezani sinab koʻrish uchun erish nuqtasi yaqinida hosil boʻlish kuchlanishini baholash uchun AISI 316 L poʻlatiga oʻxshash Fe-Cr-Ni kompozitsiyasining molekulyar dinamikasi (MD) simulyatsiyasini oʻtkazdik. 71, 72, 73. Atomlararo oʻzaro taʼsirni hisoblash uchun biz oʻrnatilgan atom modelidan (EAM) foydalandik. 74.MD simulyatsiyalari LAMMPS kodlari yordamida amalga oshirildi 75,76. MD simulyatsiyalarining tafsilotlari boshqa joyda eʼlon qilinadi. MD ni hisoblash natijalari hosildorlik kuchlanishining boshqa funksiyasi bilan birga koʻrsatilgan. baholashlar77,78,79,80,81,82.
AISI 316 toifali ostenitik zanglamaydigan po'latdan hosil bo'lgan kuchlanish va MD simulyatsiyalari uchun haroratga nisbatan model tarkibi. Ma'lumotnomalar bo'yicha eksperimental o'lchovlar: (a) 77, (b) 78, (c) 79, (d) 80, (e) 81. (f) 82 ga qarang. lazer yordamida qo'shimchalar ishlab chiqarishda. Ushbu tadqiqotda keng ko'lamli MD simulyatsiyalarining natijalari nuqsonsiz cheksiz monokristal uchun \(\vartriangleleft\) va Hall-Petch \u000b\u000b\u000 ta {m}\).
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, 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).