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綜述:激光熔覆的研究與發展現狀
由于其高能量密度、良好的相干性和良好的方向性,激光已廣泛用于材料的表面處理,激光表面處理技術包括激光表面合金、激光噴丸、激光熔,值得一提的是,LC是一種新型的表面強化和修復技術,在激光照射下。
熔覆粉末在基板表面快速熔化和固化,由于溫度梯度較大,它將在基材表面形成細粒度和韌性涂層,與其他表面強化技術相比,它具有以下優點:(1)涂層能與基體形成良好的冶金結,稀釋率和熱影響區小,(2)由于溫度梯度較大。
可以形成精細的微觀結構,(3) LC具有環保、簡單、靈活和節省材料的優點,本文從液晶、覆層材料體系和液晶應用三個方面綜述了液,圖4 粉末顆粒流的軌跡、溫度和速度分布,由于液晶的溫度梯度較大,涂層容易出現裂紋等缺陷,研究表明,感應預熱可以降低溫度梯度。
Bidron等人研究了高溫感應預熱(溫度范圍為)對,如圖7(c)所示,2 mm厚基板上的熱影響區中沒有裂紋,這可以歸因于感應預熱溫度影響熱影響區的微觀結構,從而改變裂紋的跡象,此外,感應預熱溫度對最大沉積速率和激光能量效率也有重要影。
在激光功率和掃描速度不變的情況下,隨著感應預熱溫度的升高,最大沉積速率和激光能量效率增加,但增長速率逐漸降低,因此,感應預熱溫度應控制在適當的范圍內,1介紹。
2.5,外場輔助激光熔覆,圖6 不同激光功率的K403高溫合金涂層的橫截面,2.1,工藝原理,圖像信號或光譜信號可用于監測粉末的流動和分布,然后通過優化噴嘴參數來提高粉末利用效率。
Gulyaev等人使用光學診斷系統Yuna(主要由,監測結果如圖4所示,可以看出,在激光的作用下,粉末流從原來的氣流輸送方向擴展到35°-40°的扇。
當氣體流速Gtr從5 slpm增加到15 slpm,粉末流的平均溫度和激光束方向的平均速度都會增加,當氣體流量Gtr繼續增加到20 slpm時,激光束方向上粉末流動的平均速度和平均溫度降低,因此存在一個合適的氣體流量。
以最大限度地發揮激光對粉末的影響,同時,分析了不同工藝參數下熔池的流速,然而,在某些過程參數下,由于感興趣區域的亮度差異很大。
很難獲得足夠質量的視頻,因此,未來可能會考慮使用帶通濾波器的照明激光器,上圖可以觀察到高度H和寬度B值與包層條件的關系,將噴嘴與沉積表面之間的距離增加1.4倍。
軌跡寬度減小1.1倍/1.2倍,其高度減小1.7倍/2.6倍,這是因為當噴嘴/工件距離減小時,激光束會發生一些散焦,表面加熱增加,然而,它的溫度較低,這解釋了單軌尺寸的減少。
另一方面,激光光斑的速度增加了3倍,軌道的寬度減小了1.15倍/1.3倍,軌道的高度減小了2倍/2.9倍,這種變化可以通過沉積材料體積在較長長度上的分布來解,影響熔覆層表面形貌和內部微觀結構的工藝參數通常不是。
它們往往相互作用并相互影響,所以,通過各種優化算法和經驗公式來獲得最佳工藝參數的組合,選擇激光功率、掃描速度和送粉速度作為要優化的工藝參,熔覆高度和稀釋率是優化的響應目標。
找到了能夠實現最大熔化寬度、最小熔化高度和適當稀釋,通過實驗驗證了優化后的參數組合,灰色關聯值提高了0.1533282,Wu等人研究了LC-NiCrBSi合金涂層的孔隙率,結果表明,線性能量密度可用于確定消除大孔隙率的閾值,超聲振動作為一種外部物理場,對熔池中微觀結構的生長和凝固以及元素分布具有重要影。
Li等人分析了超聲振動輔助下LC-MMC涂層的微觀,隨著超聲功率的增加,熔覆層中的WC顆粒似乎均勻地聚集在底部,然后到達底部,如圖7(e)所示,因此,在適當的超聲功率下,超聲空化效應和超聲聲流效應可以克服重力作用下WC顆。
超聲振動對熔池的影響導致枝晶斷裂和晶粒細化,并促進WC顆粒的分解,分別如圖7(f)(g)所示,在超聲振動輔助激光熔覆中,超聲作用于微觀結構、氣孔和其他缺陷生長的機理需要進,圖7 外場輔助LC的原理圖及其有益影響,LC是激光、熔覆材料和基板之間相互作用的過程,因此通過建立LC過程模擬。
可以更好地分析不同工藝條件下熔池的溫度、應力和流場,在實踐中,LC過程的模擬分析在改善熔覆層的宏觀形貌、微觀結構,許多學者基于流體力學和物理相場過程模擬了粉末沉積過,在LC過程中,會產生熱應力和殘余應力。
因此,應力場的模擬分析為有效減少熔覆層中的裂紋等缺陷提供,Ghorashi等人考慮了多軌跡中的非線性運動硬化,并將循環塑性理論引入到LC Inconel 718,這不僅將殘余應力預測誤差降低了約50%。
還分析了熔覆過程中的表面松弛,Zhang等人通過建立單軌和多軌鈷基涂層的溫度場和,分析了感應熱應力對熔覆層殘余應力的影響,然而,感應預熱對單軌的影響僅進行了分析,因此應進一步分析多軌,實際上,液晶是一個多場相互作用的過程。
因此,應建立一個全面的模擬模型,以獲得未來在完全耦合的熱-冶金-機械有限元模型下的,電磁場主要與材料中的電子相互作用,影響化學反應過程,進而影響微觀結構和元素分布,如圖7(j)所示。
Zhai等分析了不同電磁場下的熔覆層稀釋,發現穩定的磁場可以顯著降低涂層稀釋率,但電磁場對其影響不大,對涂層組成相的分析發現,不同層中的相幾乎沒有變化,這是因為電磁場對熔體池中的熱條件幾乎沒有影響,如圖7(i)E-H所示,當施加與重力方向相同的安培力時。
等效重力加速度增加,因此,作用在孔隙上的合成浮力相應增加,熔體池中孔隙的流速增加,最終,孔隙度和孔徑都會降低,如圖7(i)A-C所示。
當施加向上的安培力時,熔體池中的孔隙溢出將更加困難,然而,它只改變電場的大小和方向,因此應研究磁場方向變化下熔覆層的微觀結構。
溫度傳感器可以監測固定點溫度、熔池的溫度分布和熔池,熱歷史與熔覆層中微觀結構的生長有直接關系,Gopinath等人使用紅外高溫計監測熔池的熱歷史,并研究熔池壽命、冷卻速率、熔覆層的微觀結構和潤濕性,從紅外高溫計獲得的原位合成inconel718/T。
可以識別固化架的位置,從而可以在線識別過度稀釋率,熔池中TiC顆粒凝固框架斜率的變化是在線評估不同工,圖5是在1200 W激光功率和200 mm/min,該熱循環決定了不同相的形成和涂層/部件的機械性能,同時,熔池的壽命和WC與金屬基體之間良好潤濕性的冷卻速率,2.3。
過程監控,在液晶中,粉末與激光、基板和噴嘴的相互作用會影響粉末的分布,粉末的流動特性影響其利用效率和熔覆層的宏觀形貌,粉末的流體動力學特性不僅與其粒徑、形狀和外部空氣壓,還與粉末噴嘴的類型有關,如圖2所示,在粉末和激光的相互作用中。
激光的能量被粉末吸收、反射和散射,從而增加了流動粉末的溫度分布,粉末的溫度分布與激光功率和噴嘴與激光焦點之間的距離,因此,應選擇合適的激光功率和噴嘴與激光焦點之間的距離,因此,粉末分布的能量全部包含在激光輻射區域,并獲得均勻的溫度分布。
熔池附近的粉末分布與基體有很大關系,在保護氣體的作用下,粉末沖擊基材并反彈或分散,從而影響上部粉末流的分布,因此,在對粉末沉積過程進行模擬分析時,應充分考慮基體的作用。
圖3 激光開啟0.8秒后,在0.5 kW高斯激光束的影響下,模擬的微珠形狀以及微珠內部的金屬流動結構,采用響應面法獲得了孔隙率最小的激光功率、掃描速度和,通過在基板下方放置預熱至300°C的絕緣層,可以有效消除裂紋。
然而,在最佳工藝參數下,熔覆層中仍然存在少量氣孔,因此,通過優化LC設備有望進一步減少氣孔缺陷,建立工藝參數與熔覆層熔化高度、熔透深度和稀釋率之間,可以大大減少優化實驗的次數,顯著提高熔覆質量和效率。
Bax等人提出了一種基于Inconel 718單包,不僅得到了激光功率、掃描速度、送粉速率與熔覆層寬度,而且建立了工藝參數與粉末利用率之間的工藝參數圖,但是,它僅適用于單軌,因此應進一步加強對多軌的研究,Reddy等人通過LC非晶態Fe-Cr-B合金的單,建立了粉末沉積效率、稀釋度、孔隙率和工藝參數之間的。
并通過實驗進行了驗證,總之,有許多工藝參數影響熔覆層的宏觀形貌、微觀結構和性能,每個工藝參數也相互影響,因此,在實際應用中。
應根據熔覆層的要求綜合考慮各工藝參數,LC作為一種有效的表面強化和修復技術,得到了越來越廣泛的應用,有時會出現熔覆層質量差和重復性差的問題,然而,計算機和傳感技術的發展可以幫助我們更好地監測溫度場,所有這些都與熔覆層的內部微觀結構、缺陷和幾何精度密,LC是一個復雜的物理-化學冶金過程。
可以通過溫度信號、圖像信號和光譜信號更好地理解,鈦合金、鎂合金和其他合金具有優異的性能,例如比強度高、韌性好和密度低,同時,由于其在地球上的豐富儲量,被廣泛應用于航空航天、汽車工業等領域。
然而,隨著工業的發展,這些材料將越來越多地用于高溫、高壓和磨損環境,耐磨性差和高溫穩定性差的缺點限制了其應用,為了解決這些問題,人們采用了許多表面強化技術來提高這些合金表面的耐磨,例如等離子噴涂、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉,由LIHRC在A3鋼上制備的Ni60A+20 wt。
ψ=55.1 g/dm2,(b)E=18.4 J/mm2,ψ=55.1 g/dm2,(c)E=20 J/mm2,ψ=61.7 g/dm2,2.2,過程模擬分析。
在LC過程中,熔覆層的稀釋度、縱橫比、微觀結構和力學性能與激光功,為了獲得組織精細、成分均勻、力學性能良好的熔覆層,許多學者從不同角度對工藝參數進行了分析,2.4,工藝參數優化,適當的激光功率將減少裂紋、空洞。
并產生質量和性能良好的熔覆層,高激光功率導致熔覆層開裂和變形,當激光功率太小時,粉末不會完全熔化,并導致局部起球和空洞,Song等人分析了激光功率對涂層宏觀形貌和微觀結構,結果如圖6所示。
可以發現,隨著激光功率的增加,熔覆層的高度、寬度和穿透力都會增加,大多數裂紋從熱影響區開始,沿垂直于接頭表面的方向一直延伸到覆層表面,隨著激光功率的增加,熔覆層底部分別出現柱狀枝晶、少量等軸晶、均勻柱狀枝。
這是因為隨著功率的增加,冷卻速率逐漸降低,晶粒尺寸與其呈負相關,隨著激光功率的降低,微結構也變得更細,除了激光功率外,掃描速度對熔覆層的形成也起著重要作用。
圖2 噴嘴和粉末射流參數的計算,熔覆速度v和透鏡噴嘴與表面熔覆距離L對熔覆軌道尺寸,圖1 同軸粉末系統和預放置粉末系統的示意圖,圖5 在1200 W激光功率和200 mm/min,Inconel 718+TiC的LC期間記錄的典型,LC是一種多學科技術,集成了激光技術、計算機輔助制造技術和控制技術。
LC是一個復雜的物理、化學和冶金過程,本節從原理、模擬、監測和參數優化等方面介紹了LC過,在航空航天、石化和汽車等行業中,不同機器的許多零件都處于高溫高壓環境中,并且容易磨損和腐蝕,因此,高溫下的耐磨性和穩定性需要進一步提高。
激光熔覆技術具有稀釋率低、熱影響區小、涂層與基體冶,目前廣泛應用于機械零件的修復和功能涂層,本文從過程模擬、監測和參數優化等方面詳細介紹了液相,同時,隨著高熵合金、非晶合金和單晶合金在液晶材料中逐漸顯,本文對液晶材料系統進行了全面的綜述,此外,還概述了液晶在功能涂層和機械零件維修中的應用。
討論了液晶顯示技術存在的問題和發展趨勢,通過優化工藝參數,可以在一定程度上減少覆層的內部結構缺陷,但有時仍會存在孔洞、元素偏析和結構不均勻,為了顯著減少這些缺陷對微觀結構的影響,并生產出性能良好的涂層。
近年來,許多學者將LC與其他技術相結合,形成了感應加熱激光熔覆(LIHC)、超聲波輔助激光,器件結構示意圖如圖7(a)(d)(h)所示,溫度場和流場的分布直接影響熔覆層的宏觀形貌、微觀結,溫度場和流場的數值模擬對于LC過程中工藝參數的設計,Khamidullin等人建立了二維LC模型。
并模擬了熔覆層的宏觀形貌、結晶過程、溫度場和速度場,圖3(c)是二維熔覆層宏觀形貌、速度和溫度場的模擬,可以發現,模擬更好地反映了熔覆層的實際宏觀和微觀形貌(圖3(,三種流動類型(圖3(b))可以清楚地反映出來,然而,通過比較僅在低速送粉情況下二維和三維熔覆層的宏觀形,該模型具有良好的可預測性。
因此,應進一步優化該模型,LC過程的有限元模型綜合考慮了流體流動、傳熱、表面,對熱輸入具有良好的預測能力,LC使用高功率激光器作為熱源,在處理基板上形成熔覆層,根據送粉方式,可分為四種類型:同軸送粉系統、預放置送粉系統、離軸。
最常用的液相色譜方法是同軸粉末系統和預放置粉末系統,圖1是同軸粉末系統和預放置粉末系統的示意圖,當粉末被載氣從送粉噴嘴噴出時,激光束照射基板以形成液態熔池,在與激光相互作用后,粉末進入液態熔池。
并在送粉噴嘴與激光束同步移動時形成熔覆層,與同軸粉末系統不同的是,在預放置粉末系統中,覆層材料預放置在基板上,然后。
通過激光束掃描熔化預先放置的粉末,并快速冷卻熔池以形成熔覆層,LC樣品通常可分為四部分:包層區(CZ)、界面區(,一般來說,預置換粉末系統操作簡單,熔覆質量較好。
但熔深不易控制,稀釋度大,同軸粉末系統具有較高的激光利用率,但對熔覆設備的質量要求較高,2 激光熔覆工藝,液晶的物理和化學變化極其復雜。
因此僅靠上述三種監測信號進行自適應控制是不夠的,需要使用更先進的傳感器和監測設備直接監測間隙、熱應。
金屬增材制造過程中的缺陷(二)
1.5固態裂紋,為了實現無缺陷的零件,建立了一個可降解產品的瞬態擴散和臨界加熱方程,一些研究已經解釋了粘合劑的去除、密度梯度和由此產生,隨著孔隙度的增加。
粘結劑去除動力學表現出增強的行為,整個粘結劑去除過程由兩個競爭過程主導:遷移和蒸發,在去除過程的某些區域,低密度液相變得不連續,熔融粘結劑/空氣界面侵入,在其他情況下,粘結劑蒸發并擴散到低密度區域周圍的空氣中,而毛細力差繼續將粘結劑吸入高密度區域。
2.2 粘結劑燒毀不當,2,3 缺陷消除策略,?延展性浸裂(DDC),江蘇激光聯盟陳長軍原創作品,歡迎轉發和轉載。
轉載請注明來源,?層狀開裂(分層),表面連接的孔隙度既可以代表一種設計特征,類似于AM骨骼結構的支架,也可以代表先前蒸汽的缺陷,這些缺陷在材料運輸過程中以氣泡形式重新出現但在關閉,表面孔隙度被認為對于需要與其他材料形成牢固結合的應,如用于醫療植入物的材料。
然而,無法通過HIP后處理去除的不良表面連接孔隙會導致表,圖7顯示了表面連接孔隙度的一個示例,這是經過DED處理的17-4PH不銹鋼的顯微照片,在這個17-4PHAM組件中也發現了缺乏融合和氣孔。
3.1工藝過程后的機械加工/表面處理,文章來源:M,C,Brennan,J。
S,Keist & T,A,Palmer,Journal of Materials Engi,Defects in Metal Additive,volume 30。
pages 4808–4818 (2021),第二排:GTA焊接鋁合金6082的時候,采用傳熱和流體模型進行模擬,得到的熔化區的實際形狀和模擬的形狀的對比圖(右圖),? 再加熱和焊后熱處理(PWHT)開裂,AM部件的表面光潔度由應用程序決定,在大多數PBF加工零件中。
對于某些不存在過度摩擦的場合,允許遠離關鍵特征的已建成加工表面,設計公差用于計算需要對零件表面進行機加工或修整的表,一般來說,目前還沒有針對AM金屬的標準機加工或表面處理程序,其實,它們取決于材料和應用,2.Origin of grain orienta。
Acta Materialia,Volume 115,15 August 2016,Pages 123-131,https://doi.org/10.1016/j,本文為金屬增材制造過程中的缺陷方面的綜述。
本文為第二部分,在某些情況下,雜質可以增強機械性能、強度和延展性,然而,在其他情況下。
它們會導致沉積結構的耐腐蝕性和致密度降低,送粉DED、送絲DED和PBF增材制造工藝都能夠產,由于過量的不溶元素,如碳、氧、氮、氫和氯,雜質最常存在于材料的合金元素中,如果在加工前或加工過程中暴露于有害環境,氧等雜質可能與合金元素形成氧化物并污染加工所需的原。
由于原料的表面積較大,增加了暴露于污染的可能性,因此粉末AM可能會出現更高程度的由雜質產生的孔隙,此外,較低的能量輸入導致更小的晶粒和更多的晶界,很可能會沿晶界經歷更多的雜質成核區域。
從而降低耐腐蝕性,如果缺陷未被去除,則由PBF和DED處理的AM金屬部件中存在的缺陷則,雖然有些應用不需要過多的后處理,但關鍵應用需要大量的后處理加工、表面處理和HIP后,以消除對沉積狀態有害的缺陷。
補償缺陷形成的另一種方法是設計相應的結構以限制在A,參考資料:,▲圖8 兩個已被燒結并開始形成頸區的粒子的示意圖,在Ts和0.5Ts之間的溫度下,銅、鋁、鎳、鈦和奧氏體不銹鋼合金的延展性急劇下降時,這種延展性的降低可以基于凝固范圍和最小誘導力的知識,雖然雜質對于加工材料來說并不總是理想的。
但雜質分離并不表明有任何不利影響,因為邊界清理對這種類型的固態裂紋不起作用,事實上,DDC總是沿晶界遷移的晶間發生,雖然影響DDC的機制已被廣泛討論,但影響DDC在熔融金屬中的因素包括大角度晶界、溫度,?銅污染開裂(CCC)等。
?應變時效開裂(SAC),金屬增材制造參數的開發通常要經過一系列的步驟,以獲取新合金對不同工藝參數的響應情況的更多信息,這些參數是基于之前對其他合金實施的一系列條件,雖然在大多數情況下,理想的是產生沒有孔隙的結構,但在參數開發階段。
特別是在嘗試實現一個新的檢測工具時,嘗試在構建中創建一致的缺陷形成是很重要的,以往的原位傳感系統研究有不同的過程參數,如掃描間距、粉末流動、熱輸入、切片策略、計算機輔助,以了解是哪些參數或參數組合影響了缺陷的一致形成,列出的參數有效地改變了相鄰掃描道次的重疊率。
進入熔池的質量流量,合金受熱的數量和時間,以及結構的內部設計,研究原位傳感技術的研究人員通過使用現有的合格的非原,即新技術,然后在原位確定新技術的有效性,從而創建一致的缺陷來驗證他們的新技術。
此外,需要多孔結構的應用,特別是金屬泡沫或醫療應用所需的應用,必須實現CAD和工藝參數設計,以實現一致的結果,江蘇激光聯盟導讀:,3.3 傳感器技術,粘合劑去除最關鍵的部分是在低溫度狀態下燒盡低分子量。
初始階段由低濃度的孔隙組成,這對粉末壓塊提出了挑戰,并可能導致嚴重的損壞,燒毀過程失敗的標準是樣品內降解產物的蒸氣壓升至10,隨后氣泡成核和生長,此過程中的孔隙源自壓塊表面,并在脫脂過程中擴散到結構內部(圖10。
步驟1),粘結劑擴散到內孔/粘結劑界面先于粘結劑蒸發,氣體通過孔隙傳輸到壓塊表面,然后被氮氣處理氣流沖走,▲圖9 Coble提出的兩種幾何模型:(a)中間階,2。
固態/燒結過程中的缺陷類型,3.4 熱過程監測方法,3.7 設計策略,超聲波技術包括接觸和非接觸方法,通過材料產生脈沖波,機械能被吸收或反射。
然后被接收器檢測,并轉換成電子信號,檢測到的信號包括廣泛的地下特征和地面信息(見圖11,信號信息的變化可能部分是由于密度和幾何結構的差異導,這些差異表明結構部件存在缺陷,以前的超聲波研究已經通過建模和經驗方法揭示了獨特金,▲圖11 SLM制造過程中具有空間分辨率的聲探測,另一方面。
SAC發生在沉淀強化鎳基合金的熱影響區(HAZ)的,同時應用于焊縫金屬的局部應變和時效條件引發了這種缺,Inconel718是一種常用于AM修復應用的沉淀,由于鈦和鋁成分減少導致γ’沉淀速率較慢,因此它具有抗SAC的能力,最小延展性高的材料最容易受到SAC的影響。
孔隙在中間和最終燒結階段開始形成,最初,孔隙沿三個晶邊形成相互連接的通道(圖9),隨著燒結過程的進行,孔隙通道斷開,當二面角超過60°和不均勻收縮時形成孤立的孔隙。
Coble提出了圖9中所示的兩種幾何模型——通道孔,粒子之間包圍的封閉孔取決于相鄰粒子的數量,燒結是一種成熟的熱處理工藝,可將金屬或陶瓷粉末轉化為具有更高機械強度的材料,但在大多數情況下,會產生殘余孔隙,固態燒結的步驟包括固態原子擴散、再結晶和晶粒生長,而傳質涉及六種不同的機制。
包括表面擴散、蒸發冷凝、晶界擴散、晶格擴散、粘性流,燒結的主要方式是基于相鄰顆粒之間形成的冶金鍵來實現,冶金結合顆粒之間形成的橋稱為頸部(圖8),1.7 表面連接孔隙度,3.5 光學過程監測方法。
熱技術收集輻照表面的溫度分布,以幫助預測可能存在缺陷的熔合程度較低的區域,熱無損檢測(NDE)技術,包括紅外熱成像儀和測溫儀,已經在PBF和DED室中尋求集成,并收集沉積過程中的溫度梯度,紅外攝像機為PBF提供了二維表面積的高時空信息。
同時對DED過程的能量測量進行了評估,另外,通過高溫測量法收集離散溫度測量值,收集的數據點用于評估熱剖面的變化,以及DED過程中粉末進料速率和功率的變化,由于兩種AM工藝的檢測深度有限。
熱測量仍然缺乏有價值的內部缺陷和熱演化信息,發射率、運動模糊和反射測量的不確定性導致信息變得不,盡管如此,高溫測量等熱技術已與高速攝像機相結合,以監控建造過程。
可通過監測逐層過程的輻照度來描述整個結構的凝固和熱,熱等靜壓后處理是一項長期確立的技術,用于根據熱處理過程中發生的傳熱和相變的特性,對粉末以及鑄造、燒結和現在的AM產品進行致密化和固,HIP工藝將高等靜壓(100至200MPa,或15至29ksi)氣體(通常為氬氣)施加到致密的。
溫度低于固相線,但足以使塑性流動最大化,以增強原子/空位擴散,從而愈合內部孔隙,孔隙最初會隨著塑性流動而收縮,然后通過擴散機制而收縮。
HIP技術的目標包括減少空隙、總生產成本、分散性能,當截留氣體的平衡壓力與外加壓力相等時,熱機械過程使充滿氣體的內部孔隙坍塌,理想的孔隙形狀為球形,以確保均衡壓力布滿于整個孔隙區域。
然而,在某些情況下,后續熱處理會導致孔隙再生,氬、氮和氦等不溶性氣體通常用于金屬部件的加工環境,去除粘結劑是粉末金屬工業中最關鍵的步驟之一,缺陷可能是由于脫脂不足而產生的,例如膨脹、起泡、表面開裂和較大的內部空隙。
粘結劑燒盡取決于生坯的內部結構,并有導致結構變化的趨勢,其中動力學決定了去除過程,粘結劑的分布受毛細力支配,毛細力取決于熔融粘結劑的物理性質和揮發性產品的去除。
用于粘結劑燃燒的常用技術包括熱、溶劑和催化,一般而言,熱脫脂是一種低效的工藝,因為模具部件的芯部會產生過量的蒸汽壓,受過程溫度升高的影響,會導致缺陷的形成,或者。
溶劑技術保持低溫以最大限度地減少缺陷、變形和脫脂時,通過將粘結劑修改為具有更高熔點的粘合劑,可以改善燃燒動力學,然而,氣相傳輸、液體擴散性和飽和溶解度也應該被認識到,一些研究強調了使用各種非接觸熱、光學和超聲技術作為,由于其友好的用戶界面、有限的表面粗糙度影響以及收集,熱技術和光學技術比其對應的超聲波技術得到了更廣泛的。
相反,超聲波研究將這些視為需要克服的挑戰,這些無損評估(NDE)方法(熱、光學和超聲波)的潛,因此,繼續尋求擴大其增長的機會,3.2 熱等靜壓(HIP)后處理,1.6 雜質,基于熔合的缺陷仍然是增材制造組件中反復出現的問題。
雖然大多數缺陷可以通過無損檢測技術檢測到,并通過后處理HIP來消除,但在多個加工腔中加工同一種合金仍需達到一致性,根據其尺寸或與部件表面的連接性無法消除的缺陷應予以,因此,了解在每個工藝中形成的缺陷類型。
它們的形成機制,影響它們形成的工藝參數,以及在處理過程中要避免的雜質類型,這有可能提高增材制造處理的穩定性,光學測量設備。
如使用電荷耦合器件的高速攝像機,互補的金屬氧化物半導體探測器和光學發射光譜儀(OE,這些先前已集成用于監測現場過程,光學技術通常用于收集關于構建層表面的信息,例如表面粗糙度、堆積區域或未熔化粉末引起的缺陷,這些基于光收集的裝置能夠監測熔池的演變,盡管其檢測能力不能提供建造過程中可能形成的內部幾何,可在近紅外區域操作的高速攝像機的廣泛可用性和廉價性。
OES等技術長期以來一直用于了解激光材料加工過程中,包括測量與焊接缺陷對應的鐵、鉻和鎂蒸汽的激發溫度,最近,OES已被應用到增材制造工藝中,用于識別組件內的未熔合缺陷,同時也顯示出利用等離子體羽流發射信號識別硬度、表面。
光學技術已經成功地在構建過程中捕獲了每一層的表面特,盡管這些方法仍然面臨與捕獲時間和分辨率相關的圖像處,使用光學技術進行原位檢測的主要挑戰之一是無法實現閉,2.1 燒結孔徑,▲圖7 定向能量沉積處理的17-4PH不銹鋼表明缺,大多數情況下,增材制造中的后處理加工從去除支撐材料開始。
在許多情況下,從用于熔合沉積的基板中去除組件,在某些情況下,可使用加壓氣體噴嘴或可溶性液體沖洗來去除支撐材料,而在其他情況下,需要使用研磨鋸或激光微加工系統等工具來去除多余的材。
去除支架后,AM沉積物通常需要使用金屬合金專用的銑削或研磨工具,有些材料,特別是鈦合金,普遍認為更難加工,由于其導熱系數低、化學反應性高。
在大多數切削工具中很難加工,這些特性通常導致刀具壽命縮短和表面光潔度差,3,缺陷消除策略,金屬AM加工缺乏穩定性,這是由于其復雜性和對形成性能降低缺陷的易形成特性造。
利用X射線計算機斷層掃描檢測缺陷和通過HIP后處理,盡管如此,金屬AM的后處理和檢測既昂貴又耗時,限制了AM技術在關鍵組件上的廣泛使用,因此,從非原位檢測技術中產生的缺陷原位檢測方法最近被集成,以節省后處理的金錢和時間,HIP消除孔隙的主要機制有四種:塑性流動、冪律蠕變。
總之,所有的機制最終導致一個致密的組件,然而,孔隙消除的速率根據所選機制而不同,塑性流動往往隨孔隙效應的變化而變化。
其中孔隙率和流動應力呈反比關系,當靜壓超過材料在HIP溫度下的屈服點時,孔隙收縮,從而允許微觀尺度上的局部塑性流動,冪律蠕變機制交替使用原子和空位的擴散和轉移,以及從固定位錯到固定位錯的轉移。
固定位錯可以用來爬過障礙物并穿過晶格,Coble和Nabarro–Herring蠕變機制,因此主要發生在致密化的后期,表面能是與擴散收縮相關的主要驅動力,原子到孔表面的移動和從孔表面進入主體的空位停止了致,Coble蠕變通過晶界轉變原子/空位運動。
而Nabarro–Herring蠕變在晶格內擴散原,抗蠕變材料不具備基于后一種機制進行去除孔隙的能力,粉末處理、原料生產和加工環境應按照必要的化學控制標,在惰性環境中加工或在加工過程中使用保護氣體(如氬氣,4,當前的知識缺陷,3.6 超聲波過程監測方法,▲圖10 金屬壓實和孔隙去除步驟的孔隙結構示意圖。
(1)脫脂過程中形成孔隙(2)粘結劑擴散到內孔/粘,▲圖 12 第一排:模擬的溫度場和速度場(材料為鋁,后兩種固態開裂特性,層狀開裂和CCC,尚未在AM工藝中得到廣泛探索,然而。
這兩種裂紋都在熱影響區中被觀察到,并顯示出對機械性能的不利影響,當硫和氧被困在凝固材料中并與其他合金結合時,層狀裂紋主要發生在普通碳鋼或低合金鋼中,導致金屬間雜質。
相比之下,CCC是在鋼和鈷基合金中觀察到的液態金屬脆化的結果,每種固態裂紋之間的偏差由裂紋形成的機制和最先發生的,相比之下,再熱裂紋與PWHT和應力消除處理相關,通常用于緩和馬氏體結構并降低殘余應力。
雖然在建成的AM結構中可能不會立即出現再熱裂紋,但任何后熱處理都可能使零件受到這種情況的影響,由于熔體中含有二次碳化物形成元素(鉻、鉬、釩),低合金鋼通常會出現這種類型的裂紋,此外,經歷強烈沉淀反應的材料容易發生這種類型的固態裂化,可以通過控制成分、焊接條件、殘余應力、應力松弛、應,在選擇性激光燒結中。
激光束照射均勻地散布在前一層的每一層的粉末上,并將粉末顆粒融合到密度高(>90%),從而形成組件,由此產生的溫度梯度導致表面上的顆粒聚結比底層更快,因此。
幾百微米大小的氣泡因其大體積和快速的凝固時間而被困,已經開發了幾種基于傳質和流體動力學的模型來預測氣泡,減小顆粒尺徑會增加燒結和致密化發生的速度,在金屬合金基質中選擇快速擴散的合金元素或保護氣體也,金屬增材制造已經引起了工業和研究人員的注意,他們都在尋求充分利用這種工藝提供的設計機遇和獨特的。
然而,雖然新的進步帶來了更好的性能和復雜的設計特征,但增材制造工藝的復雜性仍是有待解決的挑戰,后處理機械加工可以去除任何有害的特征,如表面連接的孔隙、由未熔化的粉末或激光痕跡造成的過。
另外,表面處理用于獲得那些可能在后加工加工過程中被消除或,后處理技術包括振動碗磨損、熱切割機加工、光學或手工,第三排及其以下,為模擬的不同條件下的結果,固態裂紋源于各種可焊接金屬的連續加熱和冷卻,被確定為五種類型之一:。
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