Onderzoeksachtergrond Met de snelle ontwikkeling van AM-technologie (additive manufacturing), vooral de wijdverbreide toepassing van laserpoederbedfusietechnologie (LPBF), is de Inconel 718-legering een belangrijk materiaal geworden in de lucht- en ruimtevaart, energie en andere hoogwaardige productiegebieden vanwege de uitstekende prestaties onder hoge temperaturen, hoge druk en corrosieve omgevingen. Tijdens het laserpoederbedfusieproces hebben het thermische gedrag van de legering, de stabiliteit van het smeltbad en de korrelgroei echter een aanzienlijke invloed op de uiteindelijke materiaaleigenschappen. Traditionele Gauss-lasers worden vaak gebruikt voor dergelijke verwerking, maar vanwege hun ongelijke energieverdeling zijn ze gevoelig voor instabiliteit van het smeltbad en onregelmatige korrelgroei. Lasers met platte- top, met hun uniforme energieverdelingskarakteristieken, kunnen een betere controle bieden over de stabiliteit van het smeltbad en de gerichte korrelgroei. Onderzoek naar de toepassing van platte-lasers bij laserpoederbedfusie zal naar verwachting de prestaties van de Inconel 718-legering optimaliseren en een theoretische basis en technische ondersteuning bieden voor productie van hoge-kwaliteit.
Onderzoeksmethoden Bij dit onderzoek werd gebruik gemaakt van een combinatie van simulatie en experimenten om de effecten van platte-lasers op het smeltbadgedrag en de korrelgroei tijdens de laserpoederbedfusie van de Inconel 718-legering te onderzoeken. Er zijn single-scansimulaties uitgevoerd om de invloed van parameters zoals laservermogen en scansnelheid op de temperatuurverdeling van het smeltbad, de morfologie van het smeltbad en thermische gradiënten te bestuderen. Op basis van de simulatieresultaten werd verdere experimentele validatie uitgevoerd met behulp van hoog-power flat-lasers voor poederbedfusie van Inconel 718, waarbij de morfologie van het smeltbad, de korrelgrootte en de materiaaleigenschappen werden geobserveerd en geanalyseerd. Tijdens de experimenten werden technieken zoals microstructurele observatie, röntgendiffractie en testen van mechanische eigenschappen gebruikt om de korrelgroei, materiaalhardheid en trekeigenschappen uitgebreid te evalueren. Betekenis van het onderzoek Dit onderzoek heeft een aanzienlijke theoretische en technische waarde. De introductie van platte-lasers kan effectief problemen verbeteren zoals de instabiliteit van smeltbaden en onregelmatige korrelgroei die optreden bij conventionele Gauss-lasers tijdens de verwerking van legeringen, waardoor een nieuwe technologische benadering wordt geboden voor de additieve productie van Inconel 718. De resultaten bieden belangrijke referenties voor verdere optimalisatie van laserpoederbedfusieprocessen, vooral bij de verwerking van legeringen op hoge temperatuur-, met brede technische toepassingsmogelijkheden. Bovendien biedt dit onderzoek richtlijnen voor het additieve productieprocesontwerp van andere hoogwaardige materialen, waarbij de toepassing van additieve productietechnologie in de lucht- en ruimtevaart en andere gebieden wordt bevorderd. Innovaties Vergelijking tussen platte-lasers met platte bovenkant en traditionele Gauss-lasers: door de toepassing van platte-lasers met traditionele Gauss-lasers bij laserpoederbedfusie te vergelijken, werden de voordelen van platte-lasers met betrekking tot de stabiliteit van het smeltbad en de controle van de korrelgroei onthuld. Combinatie van enkel-spoorsimulatie en experimenten: de integratie van simulatie en experimentele verificatie biedt een systematisch analytisch raamwerk voor het begrijpen van de rol van platte-lasers in het smeltbad. Procesoptimalisatie voor Inconel 718-legering: Biedt optimalisatiestrategieën voor het additieve productieproces van Inconel 718, vooral in termen van potentiële verbeteringen in materiaalprestaties, waarbij hoogwaardige productie van hoge- temperatuurlegeringen wordt bevorderd. Verkenning van platte-toplasertoepassingen bij poederbedfusie: in deze studie werd voor het eerst systematisch de toepassing van platte-toplasers bij laserpoederbedfusie onderzocht, wat nieuwe richtingen opleverde voor toekomstig onderzoek in aanverwante technologieën.
Resultaten en discussie 1. Effecten van laservermogen en scansnelheid op het gedrag van gesmolten poels In zowel simulaties als experimenten werden de effecten van verschillende laservermogens en scansnelheden op de temperatuurverdeling, morfologie en thermische gradiënt van het gesmolten poel onderzocht. De resultaten geven aan dat bij een hoog laservermogen de temperatuurverdeling van het gesmolten bad uniformer is. Lasers met platte- bovenkant kunnen temperatuurschommelingen in het gesmolten zwembad effectief verminderen. Vergeleken met conventionele Gauss-lasers zorgen platte-lasers voor een stabielere thermische veldverdeling. Variaties in de scansnelheid hebben een aanzienlijke invloed op de morfologie en afkoelsnelheid van het gesmolten bad. Bij gematigde scansnelheden is het oppervlak van het gesmolten zwembad glad en is het koelproces relatief uniform, wat helpt bij het vormen van een stabielere korrelstructuur.. 2. Verbetering van de stabiliteit van het gesmolten zwembad door platte-Top-lasers. Experimentele resultaten tonen aan dat bij gebruik van platte- lasers het gesmolten zwembad stabieler gedrag vertoont tijdens het laserscannen, waardoor instabiliteit veroorzaakt door overmatige thermische gradiënten wordt vermeden. Vergeleken met Gaussiaanse lasers vermindert de uniforme vermogensverdeling van lasers met platte bovenkant effectief fluctuaties in de morfologie van het gesmolten zwembad en bevordert een goede fusie, waardoor onregelmatige groei aan de randen van het gesmolten zwembad wordt verminderd. Deze stabiliteit is belangrijk voor de daaropvolgende korrelgroei en uniformiteit van de microstructuur, waardoor de mechanische eigenschappen en betrouwbaarheid van het materiaal effectief worden verbeterd. 3. Directionaliteit van graangroei Bij het verwerken van Inconel 718-legering met platte- lasers werd bij de experimenten een betere directionaliteit van de korrelgroei waargenomen. Onder het uniforme thermische veld van een laser met platte bovenkant- hebben de lange assen van korrels de neiging om in de scanrichting van de laser te groeien, waardoor een gerichte korrelstructuur ontstaat. Deze gerichte groei verbetert de mechanische eigenschappen van het materiaal aanzienlijk, met name de treksterkte en weerstand tegen vermoeidheid. Het gebruik van Gauss-lasers vertoont daarentegen een sterke willekeur in de korrelgroei als gevolg van instabiliteit van het smeltbad, wat resulteert in een ongelijkmatige korrelverdeling, wat de uitgebreide mechanische eigenschappen van het materiaal verder beïnvloedt.. 4. Optimalisatie van materiaaleigenschappen Door middel van microstructuuranalyse en mechanisch testen is gebleken dat de Inconel 718-legering, verwerkt met lasers met platte- top, uitstekende eigenschappen vertoont op het gebied van hardheid, treksterkte en vermoeiingsprestaties: hardheidstesten tonen aan dat monsters verwerkt met lasers met platte top- uitstekende eigenschappen vertonen op het gebied van hardheid, treksterkte en vermoeidheidsprestaties: platte-lasers hebben een hogere hardheid, wat wijst op een betere materiaaldichtheid en structurele integriteit. Uit de resultaten van trekproeven blijkt dat platte-laser-legeringen met een hogere vloeigrens een hogere rekgrens en treksterkte hebben, en dat de breukmodus een meer uniforme spanningsverdeling laat zien, waardoor scheurvoortplanting wordt voorkomen. Bij vermoeiingstests hebben de met een laser-flat{29}}flattop laser-behandelde monsters een langere levensduur, wat wijst op een betere weerstand tegen vermoeiing, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen met hoge-prestaties. 5. Invloed van thermisch gedrag en koelproces. Tijdens het afkoelen vertonen monsters die met flat-lasers zijn verwerkt een relatief uniforme thermische gradiënt en een stabiele koelsnelheid, waardoor thermische spanning en restspanning worden vermeden die kunnen optreden bij conventionele Gauss-lasers. Experimentele resultaten tonen aan dat een meer uniform koelproces de uniforme verdeling van interne spanningen in het materiaal bevordert, waardoor vervorming en scheuren veroorzaakt door overmatige thermische spanning worden voorkomen.
6. Combinatie van simulatie- en experimentele resultaten De hoge consistentie tussen simulatie- en experimentele resultaten geeft aan dat de flat-laser aanzienlijke voordelen heeft bij het verbeteren van de stabiliteit van het smeltbad, de oriëntatie van de korrelgroei en de materiaaleigenschappen. De simulatieresultaten bieden een theoretische basis en verifiëren de effectieve controle van het thermische gedrag van het smeltbad en de korrelgroei door de laser-met platte bovenkant. Experimentele gegevens bevestigen deze theorie verder en valideren de verbetering van de materiaaleigenschappen door de laser met platte- top door middel van hardheids-, treksterkte- en vermoeidheidstests. Discussie en conclusie Vergeleken met de Gauss-laser biedt de platte-laser aanzienlijke voordelen op het gebied van de stabiliteit van het smeltbad en de oriëntatie van de korrelgroei. De uniforme energieverdeling verbetert effectief de stabiliteit van het smeltbad, vermindert onregelmatige veranderingen in de vorm van het smeltbad en bevordert de gerichte korrelgroei in het materiaal. Optimalisatie van materiaaleigenschappen: de laser-met platte bovenkant verbetert niet alleen het smeltbadgedrag, maar verbetert ook aanzienlijk de mechanische eigenschappen van de Inconel 718-legering, wat opmerkelijke voordelen oplevert op het gebied van hardheid, treksterkte en weerstand tegen vermoeidheid. Deze studie toont aan dat de toepassing van platte-lasers bij laserpoederbedfusie niet alleen de stabiliteit van het smeltbad verbetert, maar ook een nieuw technisch traject biedt voor de productie van hoogwaardige-materialen, met brede toepassingsmogelijkheden, vooral in de lucht- en ruimtevaart, energie en andere gebieden. Dit onderzoek biedt nieuwe ideeën voor de additieve productie van hoogwaardige legeringsmaterialen. In de toekomst kunnen procesparameters verder worden geoptimaliseerd en kunnen meer laserbronnen worden onderzocht voor gebruik in hoge-temperatuur-legeringsmaterialen, waardoor de wijdverbreide toepassing van additieve productietechnologie in de industriële productie wordt bevorderd.
