Forskningsbakgrunn Med den raske utviklingen av additiv produksjonsteknologi (AM), spesielt den utbredte bruken av laserpulverbedfusjonsteknologi (LPBF), har Inconel 718-legering blitt et viktig materiale innen romfart, energi og andre avanserte produksjonsfelt på grunn av sin utmerkede ytelse under høye temperaturer, høyt trykk og korrosive miljøer. Men under fusjonsprosessen med laserpulverlag påvirker legeringens termiske oppførsel, stabiliteten til smeltebassenget og kornvekst de endelige materialegenskapene betydelig. Tradisjonelle gaussiske lasere brukes ofte til slik prosessering, men på grunn av deres ujevn energifordeling er de utsatt for å forårsake ustabilitet i smeltebassenget og uregelmessig kornvekst. Flat-lasere, med sine jevne energifordelingsegenskaper, kan gi bedre kontroll over smeltebassengets stabilitet og retningsbestemt kornvekst. Forskning på bruken av flate-topplasere i laserpulverbedfusjon forventes å optimere ytelsen til Inconel 718-legering og gi teoretisk grunnlag og teknisk støtte for produksjon av høy-kvalitet.
Forskningsmetoder Denne studien brukte en kombinasjon av simulering og eksperimentering for å undersøke effekten av flate-topplasere på smeltebassengadferd og kornvekst under laserpulverbedfusjonen av Inconel 718-legering. Enkeltsporsskanningssimuleringer ble utført for å studere påvirkningen av parametere som laserkraft og skannehastighet på smeltebassengtemperaturfordeling, smeltebassengmorfologi og termiske gradienter. Basert på simuleringsresultatene ble ytterligere eksperimentell validering utført ved å bruke høy-flat-flatlasere for pulverbedfusjon av Inconel 718, og observerte og analyserte smeltebassengmorfologi, kornstørrelse og materialegenskaper. Under eksperimentene ble teknikker som mikrostrukturell observasjon, røntgendiffraksjon og mekanisk egenskapstesting brukt for å evaluere kornvekst, materialhardhet og strekkegenskaper. Betydningen av studien Denne studien har betydelig teoretisk og teknisk verdi. Introduksjonen av flate-topplasere kan effektivt forbedre problemer som smeltebassengets ustabilitet og uregelmessig kornvekst som oppstår med konvensjonelle gaussiske lasere under legeringsprosessering, og gir en ny teknologisk tilnærming for additiv produksjon av Inconel 718. Resultatene gir viktige referanser for ytterligere optimalisering av prosesser for fusjonsprosesser for alle{1}pulverlag i alle{1}pulverlag i laseren. materialer, med brede ingeniørmuligheter. I tillegg gir denne studien veiledning for utformingen av additiv produksjonsprosess av andre materialer med høy-ytelse, og fremmer bruken av additiv produksjonsteknologi i romfart og andre felt. Innovasjoner Sammenligning mellom flat-topp og tradisjonelle Gaussiske lasere: Ved å sammenligne bruken av flate lasere med pulverlakker med Gautop-lasere{19} Fordelene med flate-topplasere i smeltebassengstabilitet og kornvekstkontroll ble avslørt. Kombinasjon av enkelt-sporsimulering og eksperimentering: Integreringen av simulering og eksperimentell verifisering gir et systematisk analytisk rammeverk for å forstå rollen til flate-topplasere i smeltebassenget. Prosessoptimalisering for Inconel 718-legering: Gir optimaliseringsstrategier for den additive produksjonsprosessen til Inconel 718, spesielt når det gjelder potensielle forbedringer i materialytelse, og fremmer høy-kvalitetsproduksjon av høy-temperaturlegeringer. Utforskning av flate-topplaserapplikasjoner i pulverbedfusjon: Denne studien utforsket systematisk bruken av flat-topplasere i laserpulverbedfusjon for første gang, og ga nye retninger for fremtidig forskning innen relaterte teknologier.
Resultater og diskusjon 1. Effekter av laserkraft og skannehastighet på oppførsel av smeltet basseng I både simuleringer og eksperimenter ble effektene av forskjellige laserkrefter og skannehastigheter på temperaturfordelingen, morfologien og den termiske gradienten til det smeltede bassenget undersøkt. Resultatene indikerer at ved høy lasereffekt er temperaturfordelingen til det smeltede bassenget mer jevn. Flat-lasere kan effektivt redusere temperatursvingninger i smeltebassenget. Sammenlignet med konvensjonelle gaussiske lasere, gir flate-topplasere en mer stabil termisk feltfordeling. Variasjoner i skannehastighet påvirker morfologien og kjølehastigheten til det smeltede bassenget betydelig. Ved moderate skannehastigheter er overflaten av det smeltede bassenget glatt, og kjøleprosessen er relativt jevn, noe som bidrar til å danne en mer stabil kornstruktur. 2. Forbedring av smeltet bassengstabilitet med flate-topplasere Eksperimentelle resultater viser at når du bruker flate-topplasere, får smeltebassenget en mer stabil skanningsadferd som unngås ved å unngå mer stabil skanning. gradienter. Sammenlignet med gaussiske lasere, reduserer den jevne kraftfordelingen til flate-topplasere effektivt svingninger i smeltet bassengmorfologi og fremmer god fusjon, og reduserer uregelmessig vekst ved kantene av smeltebassenget. Denne stabiliteten er betydelig for den påfølgende kornveksten og ensartetheten til mikrostrukturen, og forbedrer effektivt materialets mekaniske egenskaper og pålitelighet. 3. Kornveksts retning Ved behandling av Inconel 718-legering med flate-topplasere, observerte eksperimentene bedre retningsevne i kornvekst. Under det jevne termiske feltet til en flat-topplaser har de lange aksene til korn en tendens til å vokse langs laserskanningsretningen, og danner en retningsbestemt kornstruktur. Denne retningsbestemte veksten forbedrer de mekaniske egenskapene til materialet betydelig, spesielt strekkfasthet og utmattelsesmotstand. I motsetning til dette viser bruk av gaussiske lasere sterk tilfeldighet i kornvekst på grunn av ustabilitet i smeltet basseng, noe som resulterer i ujevn kornfordeling, noe som ytterligere påvirker de omfattende mekaniske egenskapene til materialet. 4. Optimalisering av materialegenskaper Gjennom mikrostrukturanalyse og mekanisk testing ble det funnet at Inconel 718-legering behandlet med utmerkede flattop-laseregenskaper{{23} strekkstyrke og utmattingsytelse: Hardhetstester viser at prøver behandlet med flate-topplasere har høyere hardhet, noe som indikerer bedre materialtetthet og strukturell integritet. Strekktestresultater viser at flate-laserbehandlede legeringer- har høyere flyte- og strekkstyrker, og bruddmodusen viser en mer jevn spenningsfordeling, og forhindrer sprekkforplantning. I utmattelsestester har de flate-laserbehandlede prøvene-en lengre utmattelseslevetid, noe som indikerer bedre utmattelsesmotstand, noe som gjør dem egnet for høy-ytelsesapplikasjoner. 5. Påvirkning av termisk oppførsel og kjøleprosess Under avkjøling viser prøver behandlet med flattopp en jevn og jevn kjøling med en jevntoppgradert{{33} hastighet, unngå termisk stress og gjenværende spenning som kan oppstå med konvensjonelle gaussiske lasere. Eksperimentelle resultater viser at en mer jevn kjøleprosess fremmer jevn fordeling av indre spenninger i materialet, og forhindrer deformasjon og sprekkdannelse forårsaket av overdreven termisk spenning.
6. Kombinasjon av simulerings- og eksperimentelle resultater Den høye konsistensen mellom simulerings- og eksperimentelle resultater indikerer at den flate-topplaseren har betydelige fordeler når det gjelder å forbedre smeltebassengets stabilitet, kornvekstorientering og materialegenskaper. Simuleringsresultatene gir et teoretisk grunnlag og bekrefter effektiv kontroll av smeltebassengets termiske oppførsel og kornvekst med den flate-topplaseren. Eksperimentelle data bekrefter denne teorien ytterligere, og validerer forbedringen i materialegenskaper med den flate-topplaseren gjennom hardhet, strekkstyrke og utmattingstester. Diskusjon og konklusjon Sammenlignet med den Gaussiske laseren gir den flate-topplaseren betydelige fordeler i smeltebassengstabilitet og kornvekstorientering. Dens jevne kraftfordeling forbedrer effektivt smeltebassengets stabilitet, reduserer uregelmessige endringer i smeltebassengets form og fremmer retningsbestemt kornvekst i materialet. Optimalisering av materialegenskaper: Den flate-topplaseren forbedrer ikke bare oppførselen til smeltebassenget, men forbedrer også de mekaniske egenskapene til Inconel 718-legeringen betydelig, og viser bemerkelsesverdige fordeler når det gjelder hardhet, strekkfasthet og utmattelsesmotstand. Denne studien viser at bruken av flate-topplasere i laserpulverbedfusjon ikke bare forbedrer smeltebassengets stabilitet, men også gir en ny teknisk vei for produksjon av{14}}materialer med høy ytelse, med brede bruksmuligheter, spesielt innen romfart, energi og andre felt. Denne forskningen gir nye ideer for additiv produksjon av{16}}legeringsmaterialer med høy ytelse. I fremtiden kan prosessparametere optimaliseres ytterligere, og flere laserkilder kan utforskes for bruk i legeringsmaterialer med høy-temperatur, noe som fremmer den utbredte bruken av additiv produksjonsteknologi i industriell produksjon.
