Forskningsbakgrund Med den snabba utvecklingen av additiv tillverkningsteknik (AM), särskilt den utbredda tillämpningen av laserpulverbäddsfusionsteknik (LPBF), har Inconel 718-legering blivit ett viktigt material inom flyg-, energi- och andra avancerade tillverkningsområden på grund av dess utmärkta prestanda under hög temperatur, högt tryck och korrosiva miljöer. Under fusionsprocessen med laserpulverbädd påverkar emellertid legeringens termiska beteende, smältpoolens stabilitet och korntillväxt avsevärt de slutliga materialegenskaperna. Traditionella Gaussiska lasrar används ofta för sådan bearbetning, men på grund av sin ojämna energifördelning är de benägna att orsaka instabilitet i smältbassänger och oregelbunden korntillväxt. Flat-lasrar, med sina enhetliga energifördelningsegenskaper, kan ge bättre kontroll över smältbassängens stabilitet och riktad korntillväxt. Att undersöka tillämpningen av platt-toplasrar i laserpulverbäddsfusion förväntas optimera prestandan hos Inconel 718-legering och ge teoretisk grund och tekniskt stöd för tillverkning av-hög kvalitet.
Forskningsmetoder Denna studie använde en kombination av simulering och experiment för att undersöka effekterna av platt-topplasrar på smältbassängens beteende och korntillväxt under laserpulverbäddfusionen av Inconel 718-legering. Enkel-skanningssimuleringar genomfördes för att studera inverkan av parametrar som lasereffekt och skanningshastighet på smältbassängens temperaturfördelning, smältbassängens morfologi och termiska gradienter. Baserat på simuleringsresultaten genomfördes ytterligare experimentell validering med hög-flat-lasrar med hög effekt för pulverbäddsfusion av Inconel 718, där man observerade och analyserade smältpoolens morfologi, kornstorlek och materialegenskaper. Under experimenten användes tekniker som mikrostrukturell observation, röntgendiffraktion och testning av mekaniska egenskaper för att heltäckande utvärdera korntillväxt, materialhårdhet och dragegenskaper. Studiens betydelse Denna studie har betydande teoretiskt och tekniskt värde. Introduktionen av platta-topplasrar kan effektivt förbättra problem som smältbassinstabilitet och oregelbunden korntillväxt som uppstår med konventionella Gaussiska lasrar under legeringsbearbetning, vilket ger en ny teknologisk metod för additiv tillverkning av Inconel 718. Resultaten erbjuder viktiga referenser för ytterligare optimering av fusionsprocesser för laserpulver{1}, särskilt högtemperaturprocesser i material, med breda tekniska tillämpningsmöjligheter. Dessutom ger den här studien vägledning för design av additiv tillverkningsprocess av andra högpresterande material, och främjar tillämpningen av additiv tillverkningsteknik inom flyg- och rymdindustrin och andra områden. Innovationer Jämförelse mellan platt-top- och traditionella Gaussiska lasrar: Genom att jämföra användningen av platta pulverlasrar med Gautop-laser med traditionella pulverlasrar{19} Fördelarna med platt-topplasrar i smältbassängstabilitet och kontroll av korntillväxt avslöjades. Kombination av enkelspårssimulering och experimentering: Integreringen av simulering och experimentell verifiering ger ett systematiskt analytiskt ramverk för att förstå vilken roll platt-lasrar har i smältbassängen. Processoptimering för Inconel 718-legering: Tillhandahåller optimeringsstrategier för den additiva tillverkningsprocessen för Inconel 718, särskilt när det gäller potentiella förbättringar av materialprestanda, vilket främjar hög-kvalitetsproduktion av hög-temperaturlegeringar. Utforskning av platt-toplasertillämpningar vid fusion av pulverbädd: Den här studien undersökte systematiskt tillämpningen av platt-topplasrar i laserpulverbäddfusion för första gången, vilket gav nya riktningar för framtida forskning inom relaterad teknik.
Resultat och diskussion 1. Effekter av laserkraft och skanningshastighet på smältbassängens beteende I både simuleringar och experiment undersöktes effekterna av olika lasereffekter och scanningshastigheter på temperaturfördelningen, morfologin och den termiska gradienten hos den smälta poolen. Resultaten indikerar att vid hög lasereffekt är temperaturfördelningen av den smälta poolen mer enhetlig. Flat-lasrar kan effektivt minska temperaturfluktuationer i den smälta poolen. Jämfört med konventionella Gaussiska lasrar ger platt-topplasrar en mer stabil termisk fältfördelning. Variationer i avsökningshastighet påverkar avsevärt morfologin och kylningshastigheten för den smälta poolen. Vid måttliga skanningshastigheter är ytan av den smälta poolen slät och kylningsprocessen är relativt enhetlig, vilket hjälper till att bilda en mer stabil kornstruktur. 2. Förbättring av smältbassängens stabilitet med platta-topplasrar Experimentella resultat visar att när man använder platt-topplasrar, uppvisar den smälta poolen ett mer stabilt skanningsbeteende, vilket undviks under laserstabilitet. gradienter. Jämfört med Gaussiska lasrar minskar den enhetliga kraftfördelningen hos lasrar med platt-topp effektivt fluktuationer i smältbassängens morfologi och främjar god sammansmältning, vilket minskar oregelbunden tillväxt vid kanterna av den smälta poolen. Denna stabilitet är betydelsefull för den efterföljande korntillväxten och likformigheten i mikrostrukturen, vilket effektivt förbättrar materialets mekaniska egenskaper och tillförlitlighet. 3. Korntillväxtens riktning Vid bearbetning av Inconel 718-legering med lasrar med platt-topp, observerade experimenten bättre riktning i korntillväxten. Under det enhetliga termiska fältet hos en platt-topplaser tenderar kornens långa axlar att växa längs laserns skanningsriktning och bilda en riktad kornstruktur. Denna riktningstillväxt förbättrar avsevärt materialets mekaniska egenskaper, särskilt draghållfasthet och utmattningsbeständighet. Däremot uppvisar användning av gaussiska lasrar stark slumpmässighet i korntillväxt på grund av instabilitet i smältbassängen, vilket resulterar i ojämn kornfördelning, vilket ytterligare påverkar materialets omfattande mekaniska egenskaper. 4. Optimering av materialegenskaper Genom mikrostrukturanalys och mekanisk testning fann man att Inconel 718-legering uppvisar utmärkta egenskaper för flattop-laser{{23} draghållfasthet och utmattningsprestanda: Hårdhetstester visar att prover som bearbetats med platt-topplasrar har högre hårdhet, vilket indikerar bättre materialdensitet och strukturell integritet. Dragtestresultat visar att platt-laserbehandlade legeringar- har högre sträck- och draghållfasthet, och brottläget visar en mer enhetlig spänningsfördelning, vilket förhindrar sprickutbredning. I utmattningstester har de plana-laserbehandlade-proverna en längre utmattningslivslängd, vilket indikerar bättre utmattningsbeständighet, vilket gör dem lämpliga för hög-prestandaapplikationer. 5. Påverkan av termiskt beteende och kylningsprocess Under kylning uppvisar prover som behandlats med platt laser en relativt{{33} likformig avkylningsgrad en jämn{{33} hastighet, undvika termisk stress och kvarvarande stress som kan uppstå med konventionella Gaussiska lasrar. Experimentella resultat visar att en mer enhetlig kylningsprocess främjar en enhetlig fördelning av inre spänningar i materialet, vilket förhindrar deformation och sprickbildning orsakad av överdriven termisk spänning.
6. Kombination av simulerings- och experimentresultat Den höga överensstämmelsen mellan simulerings- och experimentresultat indikerar att den platta-topplasern har betydande fördelar för att förbättra smältbassängens stabilitet, korntillväxtorientering och materialegenskaper. Simuleringsresultaten ger en teoretisk grund och verifierar den effektiva kontrollen av smältbassängens termiska beteende och korntillväxt med den platta -toplasern. Experimentella data bekräftar denna teori ytterligare och bekräftar förbättringen av materialegenskaper med den platta -toplasern genom hårdhet, draghållfasthet och utmattningstester. Diskussion och slutsats Jämfört med Gauss-lasern ger den platta-topplasern betydande fördelar när det gäller smältbassängstabilitet och korntillväxtorientering. Dess enhetliga kraftfördelning förbättrar effektivt smältbassängens stabilitet, minskar oregelbundna formförändringar i smältbassängen och främjar riktad korntillväxt i materialet. Optimering av materialegenskaper: Den platta-topplasern förbättrar inte bara beteendet hos smältbassängen utan förbättrar också avsevärt de mekaniska egenskaperna hos Inconel 718-legeringen, och visar anmärkningsvärda fördelar vad gäller hårdhet, draghållfasthet och utmattningsbeständighet. Den här studien visar att tillämpningen av platt-toplasrar i laserpulverbäddfusion inte bara förbättrar smältbassängens stabilitet utan också ger en ny teknisk väg för tillverkning av högpresterande material, med breda tillämpningsmöjligheter, särskilt inom flyg-, energi- och andra områden. Den här forskningen ger nya idéer för additiv tillverkning av högpresterande legeringsmaterial. I framtiden kan processparametrar optimeras ytterligare och fler laserkällor kan utforskas för användning i hög{18}}legeringsmaterial med hög temperatur, vilket främjar den utbredda tillämpningen av additiv tillverkningsteknik i industriell produktion.
