Pozadina istraživanja S brzim razvojem tehnologije aditivne proizvodnje (AM), posebno širokom primjenom tehnologije fuzije laserskog sloja praha (LPBF), legura Inconel 718 postala je važan materijal u zrakoplovstvu, energetici i drugim vrhunskim{1}} poljima proizvodnje zbog svojih odličnih performansi pod visokim temperaturama, visokim pritiskom i korozivnim okruženjima. Međutim, tokom procesa fuzije laserskog sloja praha, termičko ponašanje legure, stabilnost bazena taline i rast zrna značajno utiču na konačna svojstva materijala. Tradicionalni Gaussovi laseri se obično koriste za takvu obradu, ali zbog svoje neravnomjerne distribucije energije, skloni su da izazovu nestabilnost bazena taline i nepravilan rast zrna. Laseri s ravnim{5}}vrhom, sa svojim ujednačenim karakteristikama raspodjele energije, mogu pružiti bolju kontrolu nad stabilnošću bazena taline i usmjerenim rastom zrna. Očekuje se da će istraživanje primjene ravnih-lasera u fuziji laserskog sloja praha optimizirati performanse legure Inconel 718 i pružiti teorijsku osnovu i tehničku podršku za visoko{9}}kvalitetnu proizvodnju.
Metode istraživanja Ova studija je koristila kombinaciju simulacije i eksperimentiranja kako bi istražila efekte lasera s ravnim{0}}vrhom na ponašanje bazena taline i rast zrna tokom fuzije u sloju laserskog praha legure Inconel 718. Provedene su simulacije skeniranja na jednoj stazi kako bi se proučavao utjecaj parametara kao što su snaga lasera i brzina skeniranja na distribuciju temperature bazena taline, morfologiju bazena taline i toplinske gradijente. Na osnovu rezultata simulacije, provedena je daljnja eksperimentalna validacija korištenjem-ravnih-lasera velike snage za fuziju Inconel 718 praha, posmatrajući i analizirajući morfologiju bazena taline, veličinu zrna i svojstva materijala. Tokom eksperimenata, tehnike kao što su posmatranje mikrostrukture, difrakcija X- zraka i ispitivanje mehaničkih svojstava korištene su za sveobuhvatnu procjenu rasta zrna, tvrdoće materijala i zateznih svojstava. Značaj studije Ova studija ima značajnu teorijsku i inženjersku vrijednost. Uvođenje ravnih-lasera na vrhu može efikasno poboljšati probleme kao što su nestabilnost bazena taline i nepravilan rast zrna koji se javljaju kod konvencionalnih Gaussovih lasera tokom obrade legure, pružajući novi tehnološki pristup za aditivnu proizvodnju Inconela 718. Rezultati nude važne reference za dalju optimizaciju{12} laserskog sloja u svim procesima fuzije na visokim temperaturama,{12} sa širokim izgledima za primjenu inženjeringa. Osim toga, ova studija pruža smjernice za dizajn procesa aditivne proizvodnje drugih materijala visokih{16}}učinaka, promovišući primjenu tehnologije aditivne proizvodnje u zrakoplovstvu i drugim poljima. Inovacije Poređenje između ravnih-vrh i tradicionalnih Gaussovih lasera: Upoređivanjem primjene ravnih{{19}vrhih lasera sa tradicionalnim Gausovim laserima, prednost lasera u prahu u prahu Otkriveni su-laseri s ravnim vrhom u stabilnosti bazena taline i kontroli rasta zrna. Kombinacija jedne-simulacije i eksperimentiranja: Integracija simulacije i eksperimentalne verifikacije pruža sistematski analitički okvir za razumijevanje uloge ravnih-lasera na vrhu u bazenu taline. Optimizacija procesa za Inconel 718 leguru: Pruža strategije optimizacije za proces aditivne proizvodnje Inconel 718, posebno u smislu potencijalnih poboljšanja performansi materijala, promovirajući visoko{27}}kvalitetne proizvodnje legura na visokim temperaturama{28}. Istraživanje ravnih-vrhih laserskih aplikacija u fuziji praha: Ova studija je po prvi put sistematski istraživala primjenu ravnih-vrh lasera u fuziji laserskog sloja praha, pružajući nove smjernice za buduća istraživanja srodnih tehnologija.
Rezultati i diskusija 1. Utjecaj snage lasera i brzine skeniranja na ponašanje rastopljenog bazena U obje simulacije i eksperimente, istraženi su efekti različitih snaga lasera i brzina skeniranja na raspodjelu temperature, morfologiju i toplinski gradijent rastopljenog bazena. Rezultati pokazuju da je pri velikoj snazi lasera distribucija temperature rastopljenog bazena ujednačenija. Laseri sa-ravnim vrhom mogu efikasno smanjiti fluktuacije temperature u rastopljenom bazenu. U poređenju sa konvencionalnim Gausovim laserima, laseri-ravne gornje strane pružaju stabilniju distribuciju toplotnog polja. Varijacije u brzini skeniranja značajno utiču na morfologiju i brzinu hlađenja rastopljenog bazena. Pri umjerenim brzinama skeniranja, površina taljenog bazena je glatka, a proces hlađenja je relativno ujednačen, što pomaže u formiranju stabilnije strukture zrna. 2. Poboljšanje stabilnosti rastopljenog bazena pomoću ravnih-vrhih lasera Eksperimentalni rezultati pokazuju da kada se koristi plosnati-vrh lasera, najtoplijeg bazena koji se može skandirati zbog viška termičkog skenera, izbjegne ponašanje topljivog bazena. gradijenti. U poređenju sa Gausovim laserima, ujednačena distribucija snage ravnih-lasera na vrhu efikasno smanjuje fluktuacije u morfologiji rastopljenog bazena i promoviše dobru fuziju, smanjujući nepravilan rast na ivicama rastopljenog bazena. Ova stabilnost je značajna za kasniji rast zrna i uniformnost mikrostrukture, efektivno poboljšavajući mehanička svojstva i pouzdanost materijala. 3. Usmjerenost rasta zrna Prilikom obrade legure Inconel 718 sa ravnim-laserima, eksperimenti su uočili bolju usmjerenost u rastu zrna. Pod ujednačenim termičkim poljem lasera s ravnim{18}}vrhom, dugačke ose zrna imaju tendenciju rasta duž smjera laserskog skeniranja, formirajući usmjerenu strukturu zrna. Ovaj usmjereni rast značajno poboljšava mehanička svojstva materijala, posebno vlačnu čvrstoću i otpornost na zamor. Nasuprot tome, korištenje Gaussovih lasera pokazuje snažnu nasumičnost u rastu zrna zbog nestabilnosti taljenog bazena, što rezultira neravnomjernom distribucijom zrna, što dalje utiče na sveobuhvatne mehaničke osobine materijala. 4. Optimizacija svojstava materijala Analizom mikrostrukture i mehaničkim ispitivanjem ustanovljeno je da Inconel 718{{23} legura ima odlične karakteristike ravnog vrha obrađene s tvrdom površinom. zatezna čvrstoća i performanse zamora: Testovi tvrdoće pokazuju da uzorci obrađeni laserima-na vrhu imaju veću tvrdoću, što ukazuje na bolju gustinu materijala i strukturni integritet. Rezultati testa zatezanja pokazuju da legure obrađene s ravnim{26}}vrhom laserom-imaju veću popuštanje i vlačnu čvrstoću, a način loma pokazuje ravnomjerniju raspodjelu naprezanja, sprječavajući širenje prsline. U testovima na zamor, uzorci obrađeni s ravnim{29}vrhom laserom-imaju duži vijek trajanja, što ukazuje na bolju otpornost na zamor, što ih čini pogodnim za primjene visokih{31}}performansi. 5. Utjecaj termičkog ponašanja i procesa hlađenja Tokom hlađenja, uzorci obrađeni sa ravnim vrhom i relativnim hlađenjem uzoraka imaju ujednačenu temperaturu{{33} brzina, izbjegavajući termički stres i zaostali stres koji se može pojaviti kod konvencionalnih Gaussovih lasera. Eksperimentalni rezultati pokazuju da ujednačeniji proces hlađenja pospješuje ravnomjernu raspodjelu unutarnjih naprezanja u materijalu, sprječavajući deformacije i pucanje uzrokovano prekomjernim toplinskim naprezanjem.
6. Kombinacija simulacijskih i eksperimentalnih rezultata Visoka konzistentnost između simulacijskih i eksperimentalnih rezultata ukazuje da laser-na vrhu ima značajne prednosti u poboljšanju stabilnosti bazena taline, orijentacije rasta zrna i svojstava materijala. Rezultati simulacije pružaju teorijsku osnovu i potvrđuju efikasnu kontrolu termičkog ponašanja bazena taline i rasta zrna pomoću lasera s ravnim{3}}vrhom. Eksperimentalni podaci dodatno potvrđuju ovu teoriju, potvrđujući poboljšanje svojstava materijala pomoću lasera s ravnim{5}}vrhom kroz testove tvrdoće, zatezne čvrstoće i zamora. Diskusija i zaključak U poređenju sa Gaussovim laserom, laser s ravnim{7}}vrhom pruža značajne prednosti u stabilnosti bazena taline i orijentaciji rasta zrna. Njegova ujednačena distribucija snage efikasno poboljšava stabilnost bazena taline, smanjuje nepravilne promene oblika bazena taline i promoviše usmereni rast zrna u materijalu. Optimizacija svojstava materijala: Laser s ravnim{10}}vrhom ne samo da poboljšava ponašanje taline, već i značajno poboljšava mehanička svojstva legure Inconel 718, pokazujući značajne prednosti u tvrdoći, zateznoj čvrstoći i otpornosti na zamor. Ova studija pokazuje da primjena ravnih-lasera u fuziji laserskog sloja praha ne samo da poboljšava stabilnost bazena taline, već također pruža novi tehnički put za proizvodnju materijala visokih{14}}sa širokim izgledima primjene, posebno u zrakoplovstvu, energetici i drugim poljima. Ovo istraživanje nudi nove ideje za aditivnu proizvodnju legiranih materijala-visokih performansi. U budućnosti se parametri procesa mogu dodatno optimizirati, a više laserskih izvora može se istražiti za upotrebu u visokotemperaturnim legiranim materijalima, promovirajući široku primjenu tehnologije aditivne proizvodnje u industrijskoj proizvodnji.
