الخلفية البحثية مع التطور السريع لتقنية التصنيع الإضافي (AM)، وخاصة التطبيق الواسع النطاق لتقنية دمج مسحوق الليزر (LPBF)، أصبحت سبيكة Inconel 718 مادة مهمة في مجال الطيران والطاقة وغيرها من مجالات التصنيع المتطورة- نظرًا لأدائها الممتاز في ظل درجات الحرارة العالية والضغط العالي والبيئات المسببة للتآكل. ومع ذلك، أثناء عملية دمج طبقة المسحوق بالليزر، يؤثر السلوك الحراري للسبيكة واستقرار حوض الذوبان ونمو الحبوب بشكل كبير على خصائص المادة النهائية. يشيع استخدام الليزر الغاوسي التقليدي لمثل هذه المعالجة، ولكن نظرًا لتوزيعها غير المتساوي للطاقة، فإنها عرضة للتسبب في عدم استقرار حوض الذوبان ونمو الحبوب غير المنتظم. قد توفر أجهزة الليزر المسطحة-، بخصائص توزيع الطاقة الموحدة، تحكمًا أفضل في استقرار حوض الذوبان ونمو الحبوب الاتجاهي. من المتوقع أن يؤدي البحث عن استخدامات الليزر المسطح-في دمج طبقة مسحوق الليزر إلى تحسين أداء سبيكة Inconel 718 وتوفير الأساس النظري والدعم الفني للتصنيع-عالي الجودة.
طرق البحث استخدمت هذه الدراسة مزيجًا من المحاكاة والتجريب لدراسة تأثيرات أشعة الليزر المسطحة-على سلوك حوض الذوبان ونمو الحبوب أثناء دمج طبقة مسحوق الليزر لسبيكة Inconel 718. تم إجراء عمليات محاكاة مسح المسار الفردي - لدراسة تأثير المعلمات مثل طاقة الليزر وسرعة المسح على توزيع درجة حرارة حوض الذوبان، وتشكل حوض الذوبان، والتدرجات الحرارية. استنادًا إلى نتائج المحاكاة، تم إجراء مزيد من التحقق التجريبي باستخدام -أشعة ليزر علوية مسطحة عالية الطاقة- لدمج طبقة المسحوق من Inconel 718، ومراقبة وتحليل مورفولوجية حوض الذوبان، وحجم الحبوب، وخصائص المواد. خلال التجارب، تم استخدام تقنيات مثل مراقبة البنية المجهرية، وحيود الأشعة السينية، واختبار الخصائص الميكانيكية لإجراء تقييم شامل لنمو الحبوب، وصلابة المواد، وخصائص الشد. أهمية الدراسة تحمل هذه الدراسة قيمة نظرية وهندسية كبيرة. يمكن أن يؤدي إدخال أجهزة الليزر المسطحة- إلى تحسين مشكلات مثل عدم استقرار حوض الذوبان والنمو غير المنتظم للحبيبات التي تحدث مع الليزر الغاوسي التقليدي أثناء معالجة السبائك، مما يوفر أسلوبًا تكنولوجيًا جديدًا للتصنيع الإضافي لـ Inconel 718. وتقدم النتائج مراجع مهمة لمزيد من التحسين لعمليات دمج طبقة مسحوق الليزر، لا سيما في معالجة-مواد السبائك ذات درجات الحرارة العالية، مع آفاق واسعة للتطبيقات الهندسية. بالإضافة إلى ذلك، توفر هذه الدراسة إرشادات لتصميم عملية التصنيع بالإضافة إلى مواد أخرى عالية الأداء-، مما يعزز تطبيق تكنولوجيا التصنيع بالإضافة إلى الفضاء الجوي والمجالات الأخرى. مقارنة الابتكارات بين الليزر المسطح-الليزر الغاوسي التقليدي: من خلال مقارنة استخدام الليزر المسطح- مع الليزر الغاوسي التقليدي في دمج طبقة المسحوق بالليزر، فإن مزايا الليزر المسطح-في استقرار حوض الذوبان ونمو الحبوب تم الكشف عن السيطرة. الجمع بين محاكاة المسار الفردي - والتجريب: يوفر التكامل بين المحاكاة والتحقق التجريبي إطارًا تحليليًا منهجيًا لفهم دور-أشعة الليزر ذات القمة المسطحة في حوض الذوبان. تحسين العملية لسبائك Inconel 718: يوفر إستراتيجيات تحسين لعملية التصنيع الإضافي لسبائك Inconel 718، خاصة فيما يتعلق بالتحسينات المحتملة في أداء المواد، وتعزيز إنتاج -جودة عالية للسبائك- ذات درجات الحرارة العالية. استكشاف تطبيقات الليزر-المسطحة في دمج طبقة المسحوق: استكشفت هذه الدراسة بشكل منهجي تطبيق أشعة الليزر المسطحة-في دمج طبقة المسحوق بالليزر لأول مرة، مما يوفر اتجاهات جديدة للبحث المستقبلي في التقنيات ذات الصلة.
النتائج والمناقشة 1. آثار قوة الليزر وسرعة المسح على سلوك البركة المنصهرة في كل من عمليات المحاكاة والتجارب، تم استكشاف تأثيرات قوى الليزر المختلفة وسرعات المسح الضوئي على توزيع درجة الحرارة، والتشكل، والتدرج الحراري لحوض السباحة المنصهر. تشير النتائج إلى أنه عند استخدام طاقة ليزر عالية، يكون توزيع درجة حرارة البركة المنصهرة أكثر اتساقًا. يمكن لأشعة الليزر المسطحة- أن تقلل بشكل فعال من تقلبات درجات الحرارة في حوض السباحة المنصهر. بالمقارنة مع أجهزة الليزر الغاوسي التقليدية، توفر أجهزة الليزر المسطحة-توزيعًا أكثر استقرارًا للمجال الحراري. تؤثر الاختلافات في سرعة المسح بشكل كبير على التشكل ومعدل التبريد للمسبح المنصهر. عند سرعات المسح المعتدلة، يكون سطح المجمع المنصهر أملسًا، وتكون عملية التبريد موحدة نسبيًا، مما يساعد على تكوين بنية حبيبية أكثر استقرارًا. 2. تحسين ثبات المجمع المنصهر بواسطة أشعة الليزر المسطحة-تظهر النتائج التجريبية أنه عند استخدام أشعة الليزر المسطحة-، يُظهر المجمع المنصهر سلوكًا أكثر استقرارًا أثناء المسح بالليزر، مما يؤدي إلى تجنب عدم الاستقرار الناجم عن التدرجات الحرارية المفرطة. بالمقارنة مع الليزر الغاوسي، فإن التوزيع الموحد للطاقة لأشعة الليزر-السطحية يقلل بشكل فعال من التقلبات في شكل البركة المنصهرة ويعزز الاندماج الجيد، مما يقلل من النمو غير المنتظم عند حواف البركة المنصهرة. يعد هذا الاستقرار مهمًا لنمو الحبوب اللاحق وتوحيد البنية المجهرية، مما يعزز بشكل فعال الخواص الميكانيكية للمادة وموثوقيتها. 3. اتجاه نمو الحبوب عند معالجة سبيكة Inconel 718 باستخدام أشعة الليزر المسطحة-، لاحظت التجارب اتجاهًا أفضل في نمو الحبوب. تحت المجال الحراري الموحد لليزر-المسطح، تميل المحاور الطويلة للحبيبات إلى النمو على طول اتجاه المسح بالليزر، لتشكل بنية حبيبية اتجاهية. يؤدي هذا النمو الاتجاهي إلى تحسين الخواص الميكانيكية للمادة بشكل كبير، وخاصة قوة الشد ومقاومة التعب. في المقابل، يُظهر استخدام الليزر الغوسي عشوائية قوية في نمو الحبوب بسبب عدم استقرار البركة المنصهرة، مما يؤدي إلى توزيع غير متساوي للحبيبات، مما يؤثر أيضًا على الخواص الميكانيكية الشاملة للمادة. 4. تحسين خصائص المواد من خلال تحليل البنية المجهرية والاختبار الميكانيكي، وجد أن سبيكة Inconel 718 المعالجة بالليزر المسطح- تعرض خصائص ممتازة في الصلابة وقوة الشد وأداء الكلال: تظهر اختبارات الصلابة أن العينات التي تمت معالجتها باستخدام تتميز أجهزة الليزر المسطحة-بصلابة أعلى، مما يشير إلى كثافة أفضل للمواد وسلامة هيكلية. تظهر نتائج اختبار الشد أن السبائك-السطحية المعالجة بالليزر-تتمتع بإنتاجية أعلى وقوة شد أعلى، ويوضح وضع الكسر توزيعًا أكثر اتساقًا للإجهاد، مما يمنع انتشار الشقوق. في اختبارات الكلال، فإن العينات المعالجة بالليزر-العلوي المسطح-تتمتع بعمر كلال أطول، مما يشير إلى مقاومة أفضل للكلال، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات-الأداء العالي. 5. تأثير السلوك الحراري وعملية التبريد أثناء التبريد، تظهر العينات التي تمت معالجتها بالليزر-السطحي المسطح تدرجًا حراريًا موحدًا نسبيًا ومعدل تبريد ثابت، مما يؤدي إلى تجنب الإجهاد الحراري والإجهاد المتبقي الذي قد يحدث مع أجهزة غاوسي التقليدية الليزر. تظهر النتائج التجريبية أن عملية التبريد الأكثر انتظامًا تعزز التوزيع الموحد للضغوط الداخلية في المادة، مما يمنع التشوه والتشقق الناتج عن الإجهاد الحراري المفرط.
6. الجمع بين نتائج المحاكاة والنتائج التجريبية يشير الاتساق العالي بين نتائج المحاكاة والنتائج التجريبية إلى أن الليزر المسطح- له مزايا كبيرة في تحسين ثبات حوض الذوبان، واتجاه نمو الحبوب، وخصائص المواد. توفر نتائج المحاكاة أساسًا نظريًا وتتحقق من التحكم الفعال في السلوك الحراري لحوض الذوبان ونمو الحبوب بواسطة الليزر المسطح-. تؤكد البيانات التجريبية هذه النظرية أيضًا، وتؤكد صحة التحسن في خصائص المواد بواسطة الليزر المسطح-من خلال اختبارات الصلابة وقوة الشد والتعب. المناقشة والاستنتاج بالمقارنة مع الليزر الغاوسي، يوفر الليزر المسطح-مزايا كبيرة في استقرار حوض الذوبان وتوجيه نمو الحبوب. إن توزيع الطاقة الموحد الخاص به يعزز بشكل فعال استقرار حوض الذوبان، ويقلل من التغيرات غير المنتظمة في شكل حوض الذوبان، ويعزز نمو الحبوب الاتجاهي في المادة. تحسين خصائص المواد: لا يعمل الليزر المسطح-على تحسين سلوك حوض الذوبان فحسب، بل يعزز أيضًا بشكل كبير الخواص الميكانيكية لسبائك Inconel 718، مما يُظهر مزايا ملحوظة في الصلابة وقوة الشد ومقاومة التعب. توضح هذه الدراسة أن استخدام أشعة الليزر المسطحة-في دمج طبقة المسحوق بالليزر لا يؤدي إلى تحسين ثبات حوض الذوبان فحسب، بل يوفر أيضًا مسارًا تقنيًا جديدًا لتصنيع مواد عالية الأداء-، مع آفاق تطبيق واسعة، خاصة في مجال الطيران والطاقة ومجالات أخرى. يقدم هذا البحث أفكارًا جديدة للتصنيع الإضافي لمواد السبائك{16}}عالية الأداء. في المستقبل، يمكن تحسين معلمات العملية بشكل أكبر، ويمكن استكشاف المزيد من مصادر الليزر لاستخدامها في مواد السبائك ذات درجات الحرارة العالية-، مما يعزز التطبيق الواسع النطاق لتكنولوجيا التصنيع المضافة في الإنتاج الصناعي.
