پیشینه تحقیق با توسعه سریع فناوری ساخت افزودنی (AM)، به ویژه کاربرد گسترده فناوری همجوشی بستر پودر لیزری (LPBF)، آلیاژ Inconel 718 به دلیل عملکرد عالی در دمای بالا، فشار بالا و محیطهای خورنده، به یک ماده مهم در هوافضا، انرژی و سایر زمینههای تولیدی پیشرفته تبدیل شده است. با این حال، در طول فرآیند همجوشی بستر پودر لیزر، رفتار حرارتی آلیاژ، پایداری حوضچه مذاب و رشد دانه به طور قابلتوجهی بر خواص مواد نهایی تأثیر میگذارد. لیزرهای گاوسی سنتی معمولاً برای چنین پردازشهایی استفاده میشوند، اما به دلیل توزیع نابرابر انرژی، مستعد ایجاد ناپایداری حوضچه مذاب و رشد نامنظم دانهها هستند. لیزرهای مسطح-بالا، با ویژگیهای توزیع انرژی یکنواخت خود، ممکن است کنترل بهتری بر پایداری حوضچه مذاب و رشد جهت دانه ارائه کنند. انتظار می رود تحقیق در مورد کاربرد لیزرهای مسطح-در همجوشی بستر پودری لیزری، عملکرد آلیاژ Inconel 718 را بهینه کند و مبنای نظری و پشتیبانی فنی را برای تولید با کیفیت بالا ارائه کند.
روشهای تحقیق این مطالعه ترکیبی از شبیهسازی و آزمایش را برای بررسی اثرات لیزرهای مسطح-روی روی رفتار حوضچه مذاب و رشد دانه در طول همجوشی بستر پودر لیزری آلیاژ Inconel 718 به کار گرفت. شبیهسازیهای اسکن تک مسیری برای مطالعه تأثیر پارامترهایی مانند توان لیزر و سرعت اسکن بر توزیع دمای حوضچه مذاب، مورفولوژی حوضچه مذاب و گرادیانهای حرارتی انجام شد. بر اساس نتایج شبیهسازی، اعتبار سنجی آزمایشی بیشتر با استفاده از لیزرهای مسطح بالا-پرقدرت برای همجوشی بستر پودر Inconel 718، مشاهده و تجزیه و تحلیل مورفولوژی حوضچه مذاب، اندازه دانه و خواص مواد انجام شد. در طول آزمایشها، تکنیکهایی مانند مشاهدات ریزساختاری، پراش اشعه ایکس و آزمایش خواص مکانیکی برای ارزیابی جامع رشد دانه، سختی مواد و خواص کششی استفاده شد. اهمیت مطالعه این مطالعه دارای ارزش نظری و مهندسی قابلتوجهی است. معرفی لیزرهای مسطح{12}}بالا میتواند به طور موثر مسائلی مانند ناپایداری حوضچه مذاب و رشد نامنظم دانه را که با لیزرهای گاوسی معمولی در طول پردازش آلیاژ رخ میدهد، بهبود بخشد، و یک رویکرد فنآوری جدید برای تولید افزودنی Inconel 718 ارائه میکند. مواد آلیاژی{14}}در دمای بالا، با چشم انداز کاربرد مهندسی گسترده. علاوه بر این، این مطالعه راهنمایی برای طراحی فرآیند تولید افزودنی سایر مواد با کارایی بالا ارائه میکند که کاربرد فنآوری تولید افزودنی را در هوافضا و سایر زمینهها ترویج میکند. همجوشی بستر، مزایای لیزرهای مسطح-در پایداری حوضچه مذاب و کنترل رشد دانه آشکار شد. ترکیبی از-شبیهسازی و آزمایش یک مسیر: ادغام شبیهسازی و تأیید آزمایشی یک چارچوب تحلیلی سیستماتیک برای درک نقش لیزرهای مسطح-در حوضچه مذاب فراهم میکند. بهینهسازی فرآیند برای آلیاژ Inconel 718: استراتژیهای بهینهسازی را برای فرآیند تولید افزودنی Inconel 718 ارائه میکند، بهویژه از نظر پیشرفتهای بالقوه در عملکرد مواد، ارتقاء-کیفیت بالا آلیاژهای-در دمای بالا. کاوش در{30}کاربردهای لیزر مسطح در همجوشی بستر پودری: این مطالعه به طور سیستماتیک کاربرد لیزرهای مسطح-در همجوشی بستر پودری لیزری را برای اولین بار مورد بررسی قرار داد و جهات جدیدی را برای تحقیقات آینده در فناوریهای مرتبط ارائه کرد.
نتایج و بحث 1. اثرات توان لیزر و سرعت اسکن بر رفتار استخر مذاب در هر دو شبیه سازی و آزمایش، اثرات توان های لیزر مختلف و سرعت های اسکن بر روی توزیع دما، مورفولوژی و گرادیان حرارتی حوضچه مذاب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که در توان لیزر بالا، توزیع دمای حوضچه مذاب یکنواخت تر است. لیزرهای مسطح-بالا می توانند به طور موثری نوسانات دما را در حوضچه مذاب کاهش دهند. در مقایسه با لیزرهای گاوسی معمولی، لیزرهای مسطح{5}}بالا توزیع میدان حرارتی پایدارتری را ارائه میدهند. تغییرات در سرعت اسکن به طور قابل توجهی بر مورفولوژی و سرعت سرد شدن حوضچه مذاب تأثیر می گذارد. در سرعتهای اسکن متوسط، سطح حوضچه مذاب صاف است، و فرآیند خنکسازی نسبتاً یکنواخت است، که به شکلگیری ساختار دانهای پایدارتر کمک میکند. 2. افزایش پایداری حوضچه مذاب با لیزرهای تخت-نتایج تجربی نشان میدهند که هنگام استفاده از لیزرهای مسطح{10}}روی لیزرهای دارای رفتار قابل ذوب، از نمایش لیزرهای سطحی بیشتر جلوگیری میکند. ناپایداری ناشی از گرادیان های حرارتی بیش از حد. در مقایسه با لیزرهای گاوسی، توزیع یکنواخت توان لیزرهای مسطح{12}بالا به طور موثری نوسانات مورفولوژی حوضچه مذاب را کاهش میدهد و همجوشی خوبی را تقویت میکند و رشد نامنظم را در لبههای حوضچه مذاب کاهش میدهد. این پایداری برای رشد دانه بعدی و یکنواختی ریزساختار قابل توجه است، و به طور موثر خواص مکانیکی و قابلیت اطمینان مواد را افزایش میدهد{14} جهتگیری رشد دانه هنگام پردازش آلیاژ Inconel 718 با لیزرهای{16} تخت، آزمایشها جهتگیری بهتری را در رشد دانه مشاهده کردند. در زیر میدان حرارتی یکنواخت یک لیزر مسطح{18}بالا، محورهای بلند دانهها در جهت اسکن لیزری رشد میکنند و ساختار دانهای جهتدار را تشکیل میدهند. این رشد جهت دار به طور قابل توجهی خواص مکانیکی مواد، به ویژه استحکام کششی و مقاومت در برابر خستگی را بهبود می بخشد. در مقابل، استفاده از لیزرهای گاوسی تصادفی قوی را در رشد دانه به دلیل ناپایداری حوضچه مذاب نشان میدهد، که منجر به توزیع ناهموار دانه میشود، که بیشتر بر خواص مکانیکی جامع ماده تأثیر میگذارد. 4. بهینهسازی خواص مواد از طریق تجزیه و تحلیل ریزساختار و آزمایشهای مکانیکی، مشخص شد که Inconel 718 با خواص آلیاژی 718 flattoplas{2} بسیار عالی است. سختی، استحکام کششی، و عملکرد خستگی: تستهای سختی نشان میدهند که نمونههای پردازششده با لیزرهای مسطح-بالا، سختی بالاتری دارند که نشاندهنده چگالی مواد و یکپارچگی ساختاری بهتر است. نتایج آزمایش کششی نشان میدهد که آلیاژهای صاف-لیزر فوق-دارای تسلیم و استحکام کششی بالاتری هستند و حالت شکست توزیع تنش یکنواختتری را نشان میدهد و از انتشار ترک جلوگیری میکند. در آزمایشهای خستگی، نمونههای صاف-لیزر بالا-عمر خستگی طولانیتری دارند که نشاندهنده مقاومت در برابر خستگی بهتر است، و آنها را برای-کاربردهای با کارایی بالا{32}} تأثیر رفتار حرارتی و فرآیند خنکسازی در طول خنکسازی، نمونههای پردازششده با نمایشگرهای یکنواخت و یکنواخت با درجه بالا{3} مناسب میسازد. یک نرخ خنک کننده پایدار، اجتناب از تنش حرارتی و تنش پسماند که ممکن است با لیزرهای گاوسی معمولی رخ دهد. نتایج تجربی نشان میدهد که فرآیند خنکسازی یکنواختتر، توزیع یکنواخت تنشهای داخلی در مواد را ترویج میکند و از تغییر شکل و ترک ناشی از تنش حرارتی بیش از حد جلوگیری میکند.
6. ترکیبی از نتایج شبیهسازی و تجربی سازگاری زیاد بین نتایج شبیهسازی و تجربی نشان میدهد که لیزر مسطح-بالا مزایای قابلتوجهی در بهبود پایداری حوضچه مذاب، جهتگیری رشد دانهها و خواص مواد دارد. نتایج شبیهسازی یک مبنای تئوری ارائه میکند و کنترل مؤثر رفتار حرارتی حوضچه مذاب و رشد دانهها را توسط لیزر مسطح-را تأیید میکند. داده های تجربی بیشتر این نظریه را تأیید می کند و بهبود خواص مواد توسط لیزر مسطح-را از طریق آزمون های سختی، استحکام کششی و خستگی تأیید می کند. بحث و نتیجه گیری در مقایسه با لیزر گاوسی، لیزر مسطح{7}}بالا مزایای قابل توجهی در پایداری حوضچه مذاب و جهت گیری رشد دانه ارائه می دهد. توزیع یکنواخت توان آن به طور موثر پایداری حوضچه مذاب را افزایش می دهد، تغییرات نامنظم شکل حوض مذاب را کاهش می دهد و رشد دانه های جهت دار را در مواد افزایش می دهد. بهینهسازی خواص مواد: لیزر بالای{10}مسطح نه تنها رفتار حوضچه مذاب را بهبود میبخشد، بلکه خواص مکانیکی آلیاژ Inconel 718 را نیز بهطور قابلتوجهی افزایش میدهد و مزایای قابلتوجهی در سختی، استحکام کششی و مقاومت در برابر خستگی نشان میدهد. این مطالعه نشان میدهد که استفاده از لیزرهای مسطح-در همجوشی بستر پودر لیزری نه تنها پایداری حوضچه مذاب را بهبود میبخشد، بلکه یک مسیر فنی جدید برای تولید مواد با کارایی بالا، با چشماندازهای کاربردی گسترده، بهویژه در هوافضا، انرژی و سایر زمینهها ارائه میکند. این تحقیق ایدههای جدیدی را برای تولید مواد افزودنی{16}مواد آلیاژی با عملکرد بالا ارائه میکند. در آینده، پارامترهای فرآیند را می توان بیشتر بهینه کرد، و منابع لیزر بیشتری را می توان برای استفاده در مواد آلیاژی با دمای{18}بالا کاوش کرد و کاربرد گسترده فناوری تولید افزودنی را در تولید صنعتی ترویج کرد.
