Forskningsbaggrund Med den hurtige udvikling af additiv fremstillingsteknologi (AM), især den udbredte anvendelse af laser powder bed fusion (LPBF) teknologi, er Inconel 718 legering blevet et vigtigt materiale inden for rumfart, energi og andre høje-fremstillingsområder på grund af dens fremragende ydeevne under høje temperaturer, højt tryk og korrosive miljøer. Men under laserpulverbed-fusionsprocessen påvirker legeringens termiske opførsel, smeltebassinets stabilitet og kornvækst væsentligt de endelige materialeegenskaber. Traditionelle Gauss-lasere bruges almindeligvis til sådan behandling, men på grund af deres ujævne energifordeling er de tilbøjelige til at forårsage ustabilitet i smeltebassinet og uregelmæssig kornvækst. Flad-toplasere med deres ensartede energifordelingskarakteristika kan give bedre kontrol over smeltebassinets stabilitet og retningsbestemt kornvækst. Forskning i anvendelsen af flad-top-lasere i laserpulverbedfusion forventes at optimere ydeevnen af Inconel 718-legering og give teoretisk grundlag og teknisk support til fremstilling af høj-kvalitet.
Forskningsmetoder Denne undersøgelse brugte en kombination af simulering og eksperimenter til at undersøge virkningerne af flad-top-lasere på smeltebassinets adfærd og kornvækst under laserpulverlejefusionen af Inconel 718-legering. Enkeltsporsscanningssimuleringer blev udført for at studere indflydelsen af parametre såsom lasereffekt og scanningshastighed på smeltebassinets temperaturfordeling, smeltebassinets morfologi og termiske gradienter. Baseret på simuleringsresultaterne blev yderligere eksperimentel validering udført ved hjælp af høj-flad-top-lasere til pulverbedfusion af Inconel 718, der observerede og analyserede smeltebassinets morfologi, kornstørrelse og materialeegenskaber. Under eksperimenterne blev teknikker såsom mikrostrukturel observation, røntgenstrålediffraktion og mekaniske egenskabstests anvendt til omfattende evaluering af kornvækst, materialehårdhed og trækegenskaber. Undersøgelsens betydning Denne undersøgelse har betydelig teoretisk og teknisk værdi. Introduktionen af flade-toplasere kan effektivt forbedre problemer såsom ustabilitet i smeltebassin og uregelmæssig kornvækst, der forekommer med konventionelle Gauss-lasere under legeringsbehandling, hvilket giver en ny teknologisk tilgang til den additive fremstilling af Inconel 718. Resultaterne giver vigtige referencer til yderligere optimering af fusionsprocesser for alle{1}pulverlag i pulverlag i 4 materialer, med brede ingeniørmæssige anvendelsesmuligheder. Derudover giver denne undersøgelse vejledning til design af additiv fremstillingsproces af andre højtydende materialer, der fremmer anvendelsen af additiv fremstillingsteknologi inden for rumfart og andre områder. Innovationer Sammenligning mellem flad-top- og traditionelle Gauss-lasere: Ved at sammenligne anvendelsen af flad--top- og traditionelle Gauss-lasere med traditionelle Gautop-lasere med flade lasere,{19} Fordelene ved flade-toplasere i smeltebassinets stabilitet og kornvækstkontrol blev afsløret. Kombination af enkeltsporssimulering og -eksperimentering: Integrationen af simulering og eksperimentel verifikation giver en systematisk analytisk ramme til at forstå rollen af flad--toplasere i smeltebassinet. Procesoptimering for Inconel 718-legering: Giver optimeringsstrategier for den additive fremstillingsproces af Inconel 718, især med hensyn til potentielle forbedringer i materialeydeevne, hvilket fremmer høj-kvalitetsproduktion af høj-temperaturlegeringer. Udforskning af flade-toplaserapplikationer i pulverbedfusion: Denne undersøgelse undersøgte systematisk anvendelsen af flade-toplasere i laserpulverbedfusion for første gang, hvilket gav nye retninger for fremtidig forskning i relaterede teknologier.
Resultater og diskussion 1. Effekter af lasereffekt og scanningshastighed på smeltet pools opførsel I både simuleringer og eksperimenter blev virkningerne af forskellige laserkræfter og scanningshastigheder på temperaturfordelingen, morfologien og den termiske gradient af den smeltede pool undersøgt. Resultaterne indikerer, at ved høj lasereffekt er temperaturfordelingen af den smeltede pool mere ensartet. Flad-toplasere kan effektivt reducere temperaturudsving i smeltebassinet. Sammenlignet med konventionelle Gauss-lasere giver flade-toplasere en mere stabil termisk feltfordeling. Variationer i scanningshastighed påvirker markant morfologien og afkølingshastigheden af den smeltede pool. Ved moderate scanningshastigheder er overfladen af det smeltede bassin glat, og afkølingsprocessen er relativt ensartet, hvilket hjælper med at danne en mere stabil kornstruktur. 2. Forbedring af Molten Pool Stabilitet med Flade-Top Lasere. gradienter. Sammenlignet med Gauss-lasere reducerer den ensartede kraftfordeling af flade-top-lasere effektivt udsving i smeltet pool-morfologi og fremmer god fusion, hvilket reducerer uregelmæssig vækst ved kanterne af den smeltede pool. Denne stabilitet er væsentlig for den efterfølgende kornvækst og ensartethed af mikrostrukturen, hvilket effektivt forbedrer materialets mekaniske egenskaber og pålidelighed. 3. Kornvæksts retning Ved behandling af Inconel 718-legering med flad-toplasere observerede eksperimenterne bedre retningsbestemt kornvækst. Under det ensartede termiske felt af en flad-toplaser har de lange akser af korn en tendens til at vokse langs laserscanningsretningen og danner en retningsbestemt kornstruktur. Denne retningsbestemte vækst forbedrer væsentligt materialets mekaniske egenskaber, især trækstyrke og udmattelsesbestandighed. I modsætning hertil viser brugen af gaussiske lasere en stærk tilfældighed i kornvækst på grund af ustabilitet i smeltebassinet, hvilket resulterer i ujævn kornfordeling, hvilket yderligere påvirker materialets omfattende mekaniske egenskaber. 4. Optimering af materialeegenskaber Gennem mikrostrukturanalyse og mekanisk testning viste det sig, at Inconel 718-legering udviste fremragende, flad-, hård-, laseregenskaber{{23} trækstyrke og udmattelsesydelse: Hårdhedstest viser, at prøver behandlet med flad-toplasere har højere hårdhed, hvilket indikerer bedre materialetæthed og strukturel integritet. Træktestresultater viser, at flad-laserbehandlede legeringer- har højere flyde- og trækstyrker, og brudtilstanden viser en mere ensartet spændingsfordeling, hvilket forhindrer revneudbredelse. I udmattelsestests har de fladt-top laser-behandlede prøver en længere udmattelseslevetid, hvilket indikerer bedre udmattelsesmodstand, hvilket gør dem velegnede til høje-præstationsapplikationer. 5. Påvirkning af termisk adfærd og afkølingsproces Under afkøling udviser prøver, der behandles med fladtop, en ensartet afkøling med en ensartet{{33} lasergradient. hastighed, undgå termisk stress og resterende stress, der kan forekomme med konventionelle Gauss-lasere. Eksperimentelle resultater viser, at en mere ensartet afkølingsproces fremmer ensartet fordeling af indre spændinger i materialet, hvilket forhindrer deformation og revnedannelse forårsaget af overdreven termisk spænding.
6. Kombination af simulerings- og eksperimentelle resultater Den høje overensstemmelse mellem simulerings- og eksperimentelle resultater indikerer, at den flade-toplaser har betydelige fordele med hensyn til at forbedre smeltebassinets stabilitet, kornvækstorientering og materialeegenskaber. Simuleringsresultaterne giver et teoretisk grundlag og verificerer den effektive kontrol af smeltebassinets termiske adfærd og kornvækst med den flade-toplaser. Eksperimentelle data bekræfter yderligere denne teori og validerer forbedringen i materialeegenskaber med den flade-toplaser gennem hårdheds-, trækstyrke- og udmattelsestest. Diskussion og konklusion Sammenlignet med Gauss-laseren giver den flade-toplaser betydelige fordele med hensyn til smeltebassinstabilitet og kornvækstorientering. Dens ensartede kraftfordeling forbedrer effektivt smeltebassinets stabilitet, reducerer uregelmæssige ændringer i smeltebassinets form og fremmer retningsbestemt kornvækst i materialet. Optimering af materialeegenskaber: Den flade-toplaser forbedrer ikke kun smeltebassinets opførsel, men forbedrer også markant de mekaniske egenskaber af Inconel 718-legering og viser bemærkelsesværdige fordele med hensyn til hårdhed, trækstyrke og udmattelsesbestandighed. Denne undersøgelse viser, at anvendelsen af flade-toplasere i laserpulverbedfusion ikke kun forbedrer smeltebassinets stabilitet, men også giver en ny teknisk vej til fremstilling af{14}}højtydende materialer med brede anvendelsesmuligheder, især inden for rumfart, energi og andre områder. Denne forskning giver nye ideer til additiv fremstilling af højtydende legeringsmaterialer. I fremtiden kan procesparametre optimeres yderligere, og flere laserkilder kan udforskes til brug i høj-temperaturlegeringsmaterialer, hvilket fremmer den udbredte anvendelse af additiv fremstillingsteknologi i industriel produktion.
