Antecedents de la investigació Amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia de fabricació additiva (AM), especialment l'aplicació generalitzada de la tecnologia de fusió làser de pols (LPBF), l'aliatge Inconel 718 s'ha convertit en un material important en l'aeroespacial, l'energia i altres camps de fabricació de gamma alta a causa del seu excel·lent rendiment a alta temperatura, alta pressió i entorns corrosius. Tanmateix, durant el procés de fusió del llit de pols làser, el comportament tèrmic de l'aliatge, l'estabilitat de la piscina de fusió i el creixement del gra afecten significativament les propietats finals del material. Els làsers gaussians tradicionals s'utilitzen habitualment per a aquest processament, però a causa de la seva distribució desigual d'energia, són propensos a provocar inestabilitat de la piscina de fusió i creixement irregular del gra. Els làsers-superiors plans, amb les seves característiques de distribució d'energia uniformes, poden proporcionar un millor control sobre l'estabilitat de la piscina de fosa i el creixement direccional del gra. S'espera que la recerca de l'aplicació de làsers-superiors plans a la fusió làser de pols optimitzi el rendiment de l'aliatge Inconel 718 i proporcioni una base teòrica i suport tècnic per a una fabricació d'alta-qualitat.
Mètodes d'investigació Aquest estudi va emprar una combinació de simulació i experimentació per investigar els efectes dels làsers-plans sobre el comportament de la piscina fosa i el creixement del gra durant la fusió làser del llit de pols de l'aliatge Inconel 718. Es van realitzar simulacions d'escaneig de pista única per estudiar la influència de paràmetres com la potència del làser i la velocitat d'escaneig en la distribució de la temperatura de la piscina de fosa, la morfologia de la piscina de fosa i els gradients tèrmics. A partir dels resultats de la simulació, es va realitzar una validació experimental addicional utilitzant làsers superiors-plans-d'alta potència per a la fusió del llit de pols d'Inconel 718, observant i analitzant la morfologia de la piscina fosa, la mida del gra i les propietats del material. Durant els experiments, es van utilitzar tècniques com l'observació microestructural, la difracció de raigs X- i les proves de propietats mecàniques per avaluar de manera exhaustiva el creixement del gra, la duresa del material i les propietats de tracció. Importància de l'estudi Aquest estudi té un valor teòric i d'enginyeria important. La introducció de làsers de part superior plana pot millorar eficaçment problemes com la inestabilitat de la piscina de fosa i el creixement irregular del gra que es produeixen amb els làsers gaussians convencionals durant el processament d'aliatges, proporcionant un nou enfocament tecnològic per a la fabricació additiva d'Inconel 718. Els resultats ofereixen referències importants per a una millor optimització dels processos de fusió del llit de pols làser, especialment en els processos d'aliatge{14}}} de materials d'alta temperatura. perspectives d'aplicació d'enginyeria. A més, aquest estudi proporciona orientació per al disseny del procés de fabricació additiva d'altres materials-d'alt rendiment, promovent l'aplicació de la tecnologia de fabricació additiva en l'aeroespacial i altres camps. Innovacions Comparació entre làsers-de dalt pla i gaussians tradicionals: comparant l'aplicació de làsers-superiors plans amb làsers de làsers gaussians tradicionals, els avantatges de làser gaussians tradicionals. Es van revelar làsers-superiors plans en l'estabilitat de la piscina de fosa i el control del creixement del gra. Combinació de simulació i experimentació de-via única: la integració de simulació i verificació experimental proporciona un marc analític sistemàtic per entendre el paper dels làsers-plans a la piscina de fusió. Optimització del procés per a l'aliatge Inconel 718: ofereix estratègies d'optimització per al procés de fabricació additiva d'Inconel 718, especialment pel que fa a millores potencials en el rendiment del material, promovent la producció d'alta-qualitat d'aliatges-d'alta temperatura. Exploració d'aplicacions de làser-superior pla en la fusió de llit de pols: aquest estudi va explorar sistemàticament l'aplicació de làsers-superior pla en la fusió de llit de pols làser per primera vegada, proporcionant noves direccions per a futures investigacions en tecnologies relacionades.
Resultats i discussió 1. Efectes de la potència del làser i la velocitat d'escaneig sobre el comportament de la piscina fosa Tant en simulacions com en experiments, es van explorar els efectes de diferents potències i velocitats d'escaneig làser sobre la distribució de la temperatura, la morfologia i el gradient tèrmic de la piscina fosa. Els resultats indiquen que a una gran potència del làser, la distribució de la temperatura de la piscina fosa és més uniforme. Els làsers-de part superior plana poden reduir eficaçment les fluctuacions de temperatura a la piscina fosa. En comparació amb els làsers gaussians convencionals, els làsers-superiors plans proporcionen una distribució de camp tèrmica més estable. Les variacions en la velocitat d'escaneig afecten significativament la morfologia i la velocitat de refredament de la piscina fosa. A velocitats d'escaneig moderades, la superfície de la piscina fosa és llisa i el procés de refredament és relativament uniforme, cosa que ajuda a formar una estructura de gra més estable. 2. Millora de l'estabilitat de la piscina fosa mitjançant làsers-superiors plans Els resultats experimentals mostren que quan s'utilitzen làsers-superiors plans, la piscina fosa mostra un comportament més estable durant l'escaneig làser de gradients excessius, evitant l'excés d'escaneig. En comparació amb els làsers gaussians, la distribució uniforme de potència dels làsers-superiors plans redueix eficaçment les fluctuacions en la morfologia de la piscina fosa i promou una bona fusió, reduint el creixement irregular a les vores de la piscina fosa. Aquesta estabilitat és significativa per al creixement posterior del gra i la uniformitat de la microestructura, millorant eficaçment les propietats mecàniques i la fiabilitat del material. 3. Direccionalitat del creixement del gra Quan es processava l'aliatge Inconel 718 amb làsers-superiors plans, els experiments van observar una millor direccionalitat en el creixement del gra. Sota el camp tèrmic uniforme d'un làser-superior pla, els eixos llargs dels grans tendeixen a créixer al llarg de la direcció d'escaneig làser, formant una estructura de gra direccional. Aquest creixement direccional millora significativament les propietats mecàniques del material, especialment la resistència a la tracció i la resistència a la fatiga. En canvi, l'ús de làsers gaussians mostra una forta aleatorietat en el creixement del gra a causa de la inestabilitat de la piscina fosa, donant lloc a una distribució desigual del gra, que afecta encara més les propietats mecàniques completes del material. rendiment a la fatiga: les proves de duresa mostren que les mostres processades amb làsers-superiors plans tenen una duresa més alta, cosa que indica una millor densitat del material i integritat estructural. Els resultats de les proves de tracció mostren que els aliatges tractats amb làser-superior pla- tenen un rendiment i una resistència a la tracció més elevats, i el mode de fractura demostra una distribució de tensions més uniforme, evitant la propagació de les esquerdes. A les proves de fatiga, les mostres tractades amb làser-superior pla-tenen una vida útil més llarga, cosa que indica una millor resistència a la fatiga, cosa que les fa adequades per a aplicacions d'alt rendiment. 5. Influència del comportament tèrmic i del procés de refrigeració Durant el refredament, les mostres processades amb làser pla{33} presenten un gradient{33}} relativament uniforme i un refredament estable. velocitat, evitant l'estrès tèrmic i l'estrès residual que es poden produir amb els làsers gaussians convencionals. Els resultats experimentals mostren que un procés de refrigeració més uniforme afavoreix la distribució uniforme de les tensions internes en el material, evitant la deformació i l'esquerda causada per un estrès tèrmic excessiu.
6. Combinació de resultats de simulació i experimentals L'alta coherència entre els resultats de simulació i experimentals indica que el làser de part superior plana-té avantatges significatius per millorar l'estabilitat del grup de fosa, l'orientació del creixement del gra i les propietats del material. Els resultats de la simulació proporcionen una base teòrica i verifiquen el control efectiu del comportament tèrmic de la piscina de fosa i del creixement del gra per part del làser-superior pla. Les dades experimentals confirmen encara més aquesta teoria, validant la millora de les propietats del material per part del làser-superior pla mitjançant proves de duresa, resistència a la tracció i fatiga. Discussió i conclusió En comparació amb el làser gaussià, el làser plana-superior ofereix avantatges significatius en l'estabilitat de la piscina de fosa i l'orientació del creixement del gra. La seva distribució uniforme d'energia millora eficaçment l'estabilitat de la piscina de fosa, redueix els canvis irregulars de forma de la piscina de fosa i afavoreix el creixement direccional del gra en el material. Optimització de les propietats del material: el làser-superior pla no només millora el comportament de la piscina fosa, sinó que també millora significativament les propietats mecàniques de l'aliatge Inconel 718, mostrant avantatges notables en duresa, resistència a la tracció i resistència a la fatiga. Aquest estudi demostra que l'aplicació de làsers-superiors plans a la fusió del llit de pols làser no només millora l'estabilitat de la piscina fosa, sinó que també ofereix una nova via tècnica per a la fabricació de materials d'alt rendiment-, amb àmplies perspectives d'aplicació, especialment en l'aeroespacial, l'energia i altres camps. Aquesta investigació ofereix noves idees per a la fabricació additiva de materials d'aliatge d'alt rendiment-. En el futur, els paràmetres del procés es poden optimitzar encara més i es poden explorar més fonts làser per utilitzar-les en materials d'aliatge d'alta temperatura-, promovent l'aplicació generalitzada de la tecnologia de fabricació additiva en la producció industrial.
