Tyrimų pagrindas Sparčiai tobulėjant priedų gamybos (AM) technologijai, ypač plačiai taikant lazerinio miltelių sluoksnio sintezės (LPBF) technologiją, „Inconel 718“ lydinys tapo svarbia medžiaga kosmoso, energetikos ir kitose aukščiausios klasės gamybos srityse, nes puikiai veikia aukštoje temperatūroje, aukštame slėgyje ir korozinėje aplinkoje. Tačiau lazerio miltelių sluoksnio lydymosi proceso metu lydinio šiluminis elgesys, lydalo baseino stabilumas ir grūdelių augimas daro didelę įtaką galutinėms medžiagos savybėms. Tokiam apdorojimui dažniausiai naudojami tradiciniai Gauso lazeriai, tačiau dėl netolygaus energijos pasiskirstymo jie gali sukelti lydalo baseino nestabilumą ir netaisyklingą grūdelių augimą. Plokšti{5}}viršutiniai lazeriai, kurių energijos pasiskirstymas yra vienodas, gali geriau valdyti lydalo baseino stabilumą ir kryptingą grūdelių augimą. Tikimasi, kad tiriant plokščių -viršutinių lazerių taikymą lazerinio miltelių sluoksnio lydymui, bus optimizuotas „Inconel 718“ lydinio veikimas ir bus sukurtas teorinis pagrindas bei techninė pagalba aukštos-kokybės gamybai.
Tyrimo metodai Šiame tyrime buvo naudojamas modeliavimo ir eksperimentavimo derinys, siekiant ištirti plokščių{0}}viršutinių lazerių poveikį lydalo baseino elgsenai ir grūdelių augimui lazerinio miltelių sluoksnio lydymosi Inconel 718 lydinio metu. Buvo atlikti vieno-takelio nuskaitymo modeliai, siekiant ištirti parametrų, tokių kaip lazerio galia ir skenavimo greitis, įtaką lydalo baseino temperatūros pasiskirstymui, lydalo baseino morfologijai ir terminiams gradientams. Remiantis modeliavimo rezultatais, buvo atliktas tolesnis eksperimentinis patvirtinimas naudojant didelės-galios plokščiuosius-lazerius, skirtus Inconel 718 miltelinio sluoksnio lydymui, stebint ir analizuojant lydalo baseino morfologiją, grūdelių dydį ir medžiagos savybes. Eksperimentų metu buvo naudojami tokie metodai kaip mikrostruktūrinis stebėjimas, rentgeno spindulių difrakcija ir mechaninių savybių bandymai, siekiant visapusiškai įvertinti grūdelių augimą, medžiagos kietumą ir tempimo savybes. Tyrimo reikšmė Šis tyrimas turi didelę teorinę ir inžinerinę vertę. Plokščiųjų{12}}viršutinių lazerių įdiegimas gali veiksmingai išspręsti problemas, tokias kaip lydalo baseino nestabilumas ir netaisyklingas grūdelių augimas, atsirandantis naudojant įprastus Gauso lazerius lydinio apdorojimo metu, ir tai suteikia naują technologinį metodą priedinei Inconel 718 gamybai. Rezultatai suteikia svarbių nuorodų, kaip toliau optimizuoti lazerinio miltelių sluoksnio lydymosi procesus, ypač naudojant aukštą temperatūrą, platų inžinerinį apdorojimą. perspektyvas. Be to, šiame tyrime pateikiamos gairės dėl kitų didelio našumo medžiagų priedinio gamybos proceso projektavimo, skatinant priedų gamybos technologijų taikymą kosminėje erdvėje ir kitose srityse. Naujovės Plokščiojo-viršutinio ir tradicinio Gauso lazerių palyginimas: lyginant plokščiųjų -viršutinių lazerių taikymą su tradiciniais Gauso miltelinių lazerių pranašumais Buvo atskleisti plokšti{20}}viršutiniai lazeriai, užtikrinantys lydalo baseino stabilumą ir grūdų augimo kontrolę. Vieno{22}}takelio modeliavimo ir eksperimentavimo derinys: modeliavimo ir eksperimentinio tikrinimo integravimas suteikia sistemingą analitinę sistemą, leidžiančią suprasti plokščių{23}}viršutinių lazerių vaidmenį lydalo baseine. „Inconel 718“ lydinio proceso optimizavimas: pateikiamos „Inconel 718“ priedų gamybos proceso optimizavimo strategijos, ypač atsižvelgiant į galimus medžiagų našumo patobulinimus, skatinant aukštos{27}kokybės aukštos temperatūros lydinių gamybą. Plokščiojo-viršutinio lazerio taikymo miltelių sluoksnio sintezėje tyrimas: šiame tyrime pirmą kartą buvo sistemingai nagrinėjamas plokščiųjų{31}}viršutinių lazerių taikymas lazerinio miltelių sluoksnio sintezei, suteikiant naujas kryptis būsimiems susijusių technologijų tyrimams.
Rezultatai ir jų aptarimas 1. Lazerio galios ir skenavimo greičio įtaka išlydyto baseino elgsenai Tiek modeliavimų, tiek eksperimentų metu buvo tiriamas skirtingų lazerio galių ir skenavimo greičių poveikis išlydyto baseino temperatūros pasiskirstymui, morfologijai ir šiluminiam gradientui. Rezultatai rodo, kad esant didelei lazerio galiai, išlydyto baseino temperatūros pasiskirstymas yra vienodesnis. Plokšti-viršutiniai lazeriai gali veiksmingai sumažinti temperatūros svyravimus išlydytame baseine. Lyginant su įprastais Gauso lazeriais, plokščiųjų{5}}viršūnių lazeriai užtikrina stabilesnį šiluminio lauko pasiskirstymą. Skenavimo greičio svyravimai labai veikia išlydyto baseino morfologiją ir aušinimo greitį. Esant vidutiniam skenavimo greičiui, išlydyto baseino paviršius yra lygus, o aušinimo procesas yra santykinai vienodas, o tai padeda formuoti stabilesnę grūdėtumo struktūrą. 2. Išlydyto baseino stabilumo padidinimas plokščiais-Viršutiniais lazeriais Eksperimentų rezultatai rodo, kad naudojant plokščius{10}}viršutinius lazerius, išlydyto baseino elgsena, kurią sukelia per didelis lazerinis nuskaitymas. Lyginant su Gauso lazeriais, vienodas plokščiųjų{12}}viršutinių lazerių galios paskirstymas veiksmingai sumažina išlydyto baseino morfologijos svyravimus ir skatina gerą susiliejimą, sumažindamas netaisyklingą augimą išlydyto baseino pakraščiuose. Šis stabilumas yra svarbus tolesniam grūdelių augimui ir mikrostruktūros vienodumui, efektyviai pagerinantis medžiagos mechanines savybes ir patikimumą. 3. Grūdelių augimo kryptingumas Apdorojant Inconel 718 lydinį plokščiais-viršutiniais lazeriais, eksperimentų metu buvo pastebėtas geresnis grūdelių augimo kryptingumas. Esant vienodam šiluminiam plokščio-viršutinio lazerio laukui, ilgos grūdelių ašys linkusios augti lazerio nuskaitymo kryptimi, sudarydamos kryptingą grūdelių struktūrą. Šis kryptingas augimas žymiai pagerina medžiagos mechanines savybes, ypač atsparumą tempimui ir atsparumą nuovargiui. Priešingai, naudojant Gauso lazerius, grūdų augimas yra labai atsitiktinis dėl išlydyto baseino nestabilumo, dėl kurio grūdeliai pasiskirsto netolygiai, o tai dar labiau paveikia visapuses mechanines medžiagos savybes. 4. Medžiagos savybių optimizavimas Atlikus mikrostruktūros analizę ir mechaninius bandymus, buvo nustatyta, kad Inconel 718 lydinys apdorojamas su plokščiu kietumu, atsparumu ir puikiomis lazerinio stiprumo savybėmis{23}} Nuovargis: kietumo testai rodo, kad plokščiais{24}}viršutiniais lazeriais apdorotų mėginių kietumas yra didesnis, o tai rodo geresnį medžiagos tankį ir struktūrinį vientisumą. Tempimo bandymo rezultatai rodo, kad plokščiu -viršutiniu lazeriu{27}}apdorotų lydinių išeiga ir tempiamasis stiprumas yra didesnis, o lūžio režimas rodo tolygesnį įtempių pasiskirstymą, neleidžiant plisti įtrūkimams. Atliekant nuovargio bandymus, plokščiu{29}}viršutiniu lazeriu-apdorotų mėginių tarnavimo laikas yra ilgesnis, o tai rodo didesnį atsparumą nuovargiui, todėl jie yra tinkami didelio našumo programoms. 5. Šiluminės elgsenos ir aušinimo proceso įtaka Aušinimo metu mėginiai apdorojami santykinai vienodu terminiu gradientu ir plokščiu lazeriu{{33} stabilus aušinimo greitis, išvengiant terminio įtempio ir liekamojo įtempio, kuris gali atsirasti naudojant įprastus Gauso lazerius. Eksperimentų rezultatai rodo, kad tolygesnis aušinimo procesas skatina tolygų vidinių įtempių pasiskirstymą medžiagoje, užkertant kelią deformacijai ir įtrūkimams, kuriuos sukelia per didelis šiluminis įtempis.
6. Modeliavimo ir eksperimentinių rezultatų derinys Didelis modeliavimo ir eksperimentinių rezultatų suderinamumas rodo, kad plokščiasis{1}}viršutinis lazeris turi didelių pranašumų gerindamas lydalo baseino stabilumą, grūdelių augimo orientaciją ir medžiagos savybes. Modeliavimo rezultatai sudaro teorinį pagrindą ir patvirtina, kad plokščiu -viršutiniu lazeriu veiksmingai valdomas lydalo baseino šiluminis elgesys ir grūdelių augimas. Eksperimentiniai duomenys dar labiau patvirtina šią teoriją, patvirtindami medžiagų savybių pagerėjimą plokščiu{5}}viršutiniu lazeriu atliekant kietumo, tempimo stiprumo ir nuovargio bandymus. Diskusija ir išvados Lyginant su Gauso lazeriu, plokščiasis{7}}viršutinis lazeris suteikia didelių pranašumų dėl lydalo baseino stabilumo ir grūdelių augimo orientacijos. Vienodas galios paskirstymas efektyviai padidina lydalo baseino stabilumą, sumažina netaisyklingus lydalo baseino formos pokyčius ir skatina kryptingą medžiagos grūdelių augimą. Medžiagos savybių optimizavimas: plokščiasis{10}}viršutinis lazeris ne tik pagerina lydymosi baseino elgseną, bet ir žymiai pagerina Inconel 718 lydinio mechanines savybes, parodydamas reikšmingus kietumo, tempimo stiprumo ir atsparumo nuovargiui pranašumus. Šis tyrimas parodo, kad plokščių{13}}viršutinių lazerių taikymas lazerio miltelių sluoksnio lydymui ne tik pagerina lydymosi baseino stabilumą, bet ir suteikia naują techninį būdą gaminti didelio našumo medžiagas, kurių taikymo perspektyvos yra plačios, ypač aviacijos, energetikos ir kitose srityse. Šis tyrimas siūlo naujų idėjų, kaip gaminti aukštos kokybės lydinių medžiagas. Ateityje proceso parametrai gali būti dar labiau optimizuoti ir galima ištirti daugiau lazerių šaltinių, skirtų naudoti aukštos temperatūros lydinių medžiagose, skatinant plačiai taikyti priedų gamybos technologijas pramoninėje gamyboje.
