Contextul cercetării Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei de fabricație aditivă (AM), în special cu aplicarea pe scară largă a tehnologiei de fuziune cu strat de pulbere cu laser (LPBF), aliajul Inconel 718 a devenit un material important în industria aerospațială, energetică și în alte domenii de producție de ultimă generație, datorită performanței sale excelente la temperaturi ridicate, presiune ridicată și medii corozive. Cu toate acestea, în timpul procesului de fuziune a stratului de pulbere cu laser, comportamentul termic al aliajului, stabilitatea bazinului de topire și creșterea cerealelor afectează semnificativ proprietățile finale ale materialului. Laserele gaussiene tradiționale sunt utilizate în mod obișnuit pentru o astfel de prelucrare, dar datorită distribuției lor neuniforme a energiei, sunt predispuse să provoace instabilitate a bazinului de topire și creșterea neregulată a granulelor. Laserele cu vârf plat-, cu caracteristicile lor uniforme de distribuție a energiei, pot oferi un control mai bun asupra stabilității bazinului de topire și a creșterii direcționale a granulelor. Cercetarea aplicării laserelor cu vârf plat-în fuziunea cu strat de pulbere cu laser este de așteptat să optimizeze performanța aliajului Inconel 718 și să ofere o bază teoretică și asistență tehnică pentru o producție de-înaltă calitate.
Metode de cercetare Acest studiu a folosit o combinație de simulare și experimentare pentru a investiga efectele laserelor cu vârf plat-asupra comportamentului bazinului de topire și a creșterii granulelor în timpul fuziunii cu laser a stratului de pulbere a aliajului Inconel 718. Au fost efectuate simulări de scanare cu o singură cale-pentru a studia influența unor parametri precum puterea laserului și viteza de scanare asupra distribuției temperaturii bazinului de topire, morfologiei bazinului de topire și gradienților termici. Pe baza rezultatelor simulării, a fost efectuată o validare experimentală suplimentară folosind lasere cu vârf plat-de mare putere-pentru fuziunea în strat de pulbere a Inconel 718, observând și analizând morfologia bazinului de topire, dimensiunea granulelor și proprietățile materialului. În timpul experimentelor, tehnici precum observarea microstructurală, difracția cu raze X-și testarea proprietăților mecanice au fost folosite pentru a evalua în mod cuprinzător creșterea granulelor, duritatea materialului și proprietățile de tracțiune. Semnificația studiului Acest studiu are o valoare teoretică și inginerească semnificativă. Introducerea laserelor cu vârf plat poate îmbunătăți în mod eficient probleme precum instabilitatea topiturii și creșterea neregulată a granulelor care apar cu laserele gaussiene convenționale în timpul prelucrării aliajului, oferind o nouă abordare tehnologică pentru fabricarea aditivă a Inconel 718. Rezultatele oferă referințe importante pentru optimizarea ulterioară a proceselor de fuziune cu strat de pulbere cu laser, în special în procesele de temperatură{144} de fuziune a materialelor cu temperatură înaltă. perspectivele de aplicare a ingineriei. În plus, acest studiu oferă îndrumări pentru proiectarea procesului de fabricație aditivă a altor materiale de înaltă-performanță, promovând aplicarea tehnologiei de fabricație aditivă în industria aerospațială și în alte domenii. Inovații Comparație între laserele cu vârf plat-și tradiționale gaussiene: prin compararea aplicării laserelor cu vârf plat-cu laserele cu laser gaussian tradiționale, avantajele laser cu fuziune Au fost dezvăluite lasere cu vârf plat-pentru stabilitatea bazinului de topire și controlul creșterii cerealelor. Combinație de simulare și experimentare cu o singură pistă: integrarea simulării și verificării experimentale oferă un cadru analitic sistematic pentru înțelegerea rolului laserelor cu vârf plat-în bazinul de topire. Optimizarea procesului pentru aliajul Inconel 718: oferă strategii de optimizare pentru procesul de fabricație aditivă a Inconel 718, în special în ceea ce privește potențialele îmbunătățiri ale performanței materialelor, promovând producția de-înaltă calitate a aliajelor-de temperatură înaltă. Explorarea aplicațiilor cu laser cu vârf plat-în fuziunea cu strat de pulbere: acest studiu a explorat în mod sistematic aplicarea laserelor cu vârf plat-în fuziunea cu strat cu pulbere cu laser, oferind noi direcții pentru cercetările viitoare în tehnologiile conexe.
Rezultate și discuții 1. Efectele puterii laserului și vitezei de scanare asupra comportamentului bazinului topit Atât în simulări, cât și experimente, au fost explorate efectele diferitelor puteri laser și viteze de scanare asupra distribuției temperaturii, morfologiei și gradientului termic al bazinului topit. Rezultatele indică faptul că la putere mare a laserului, distribuția temperaturii bazinului topit este mai uniformă. Laserele cu top-plat pot reduce în mod eficient fluctuațiile de temperatură din bazinul de topire. În comparație cu laserele gaussiene convenționale, laserele cu vârf plat-oferă o distribuție mai stabilă a câmpului termic. Variațiile vitezei de scanare afectează în mod semnificativ morfologia și viteza de răcire a bazinului de topire. La viteze moderate de scanare, suprafața bazinului topit este netedă, iar procesul de răcire este relativ uniform, ceea ce ajută la formarea unei structuri de cereale mai stabile. În comparație cu laserele gaussiene, distribuția uniformă a puterii a laserelor cu vârf plat-reduce efectiv fluctuațiile morfologiei bazinului topit și promovează o fuziune bună, reducând creșterea neregulată la marginile bazinului topit. Această stabilitate este semnificativă pentru creșterea ulterioară a granulelor și uniformitatea microstructurii, îmbunătățind efectiv proprietățile mecanice și fiabilitatea materialului. 3. Direcționalitatea creșterii granulelor La procesarea aliajului Inconel 718 cu lasere cu vârf plat-, experimentele au observat o direcționalitate mai bună în creșterea cerealelor. Sub câmpul termic uniform al unui laser cu partea superioară-plată, axele lungi ale granulelor tind să crească de-a lungul direcției de scanare laser, formând o structură de granule direcțională. Această creștere direcțională îmbunătățește semnificativ proprietățile mecanice ale materialului, în special rezistența la tracțiune și rezistența la oboseală. În schimb, utilizarea laserelor gaussiene arată o aleatorie puternică în creșterea granulelor din cauza instabilității bazinului de topire, ceea ce duce la distribuția neuniformă a granulelor, care afectează și mai mult proprietățile mecanice cuprinzătoare ale materialului. performanța la oboseală: testele de duritate arată că eșantioanele procesate cu lasere cu vârf plat-au o duritate mai mare, ceea ce indică o densitate mai bună a materialului și o integritate structurală. Rezultatele testelor de tracțiune arată că aliajele tratate cu laser-superior plat-au rezistențe la curgere și la tracțiune mai mari, iar modul de rupere demonstrează o distribuție mai uniformă a tensiunilor, prevenind propagarea fisurilor. În testele de oboseală, probele tratate cu laser-flat-au o durată de viață mai lungă la oboseală, ceea ce indică o rezistență mai bună la oboseală, făcându-le potrivite pentru-aplicații de înaltă performanță. 5. Influența comportamentului termic și a procesului de răcire În timpul răcirii, probele prelucrate cu laser plat{33} prezintă un gradient relativ stabil și uniform de răcire. viteză, evitând stresul termic și stresul rezidual care pot apărea cu laserele gaussiene convenționale. Rezultatele experimentale arată că un proces de răcire mai uniform favorizează distribuirea uniformă a tensiunilor interne în material, prevenind deformarea și fisurarea cauzate de stresul termic excesiv.
6. Combinația dintre simulare și rezultatele experimentale Consecvența ridicată dintre simulare și rezultatele experimentale indică faptul că laserul cu vârf plat-care are avantaje semnificative în îmbunătățirea stabilității bazinului de topire, a orientării creșterii granulelor și a proprietăților materialului. Rezultatele simulării oferă o bază teoretică și verifică controlul eficient al comportamentului termic al bazinului de topire și al creșterii granulelor de către laserul cu vârf plat-. Datele experimentale confirmă și mai mult această teorie, validând îmbunătățirea proprietăților materialelor de către laserul cu vârf plat-prin teste de duritate, rezistență la tracțiune și oboseală. Discuție și concluzie În comparație cu laserul gaussian, laserul cu vârf plat-oferă avantaje semnificative în ceea ce privește stabilitatea bazinului de topire și orientarea creșterii granulelor. Distribuția sa uniformă a puterii îmbunătățește în mod eficient stabilitatea bazinului de topire, reduce modificările neregulate de formă a bazinului de topire și promovează creșterea direcțională a granulelor din material. Optimizarea proprietăților materialului: laserul-superior plat nu numai că îmbunătățește comportamentul bazinului de topire, ci și îmbunătățește semnificativ proprietățile mecanice ale aliajului Inconel 718, arătând avantaje notabile în ceea ce privește duritatea, rezistența la tracțiune și rezistența la oboseală. Acest studiu demonstrează că aplicarea laserelor cu vârf plat-în fuziunea cu strat de pulbere cu laser nu numai că îmbunătățește stabilitatea bazinului de topire, ci oferă și o nouă cale tehnică pentru fabricarea de materiale de-înaltă performanță, cu perspective largi de aplicare, în special în domeniul aerospațial, energetic și în alte domenii. Această cercetare oferă idei noi pentru fabricarea aditivă a materialelor aliaje de înaltă performanță-. În viitor, parametrii procesului pot fi optimizați în continuare și mai multe surse laser pot fi explorate pentru a fi utilizate în materiale aliaje de-înaltă temperatură, promovând aplicarea pe scară largă a tehnologiei de fabricație aditivă în producția industrială.
