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综述:激光熔覆的研究与发展现状
由于其高能量密度、良好的相干性和良好的方向性,激光已广泛用于材料的表面处理,激光表面处理技术包括激光表面合金、激光喷丸、激光熔,值得一提的是,LC是一种新型的表面强化和修复技术,在激光照射下。
熔覆粉末在基板表面快速熔化和固化,由于温度梯度较大,它将在基材表面形成细粒度和韧性涂层,与其他表面强化技术相比,它具有以下优点:(1)涂层能与基体形成良好的冶金结,稀释率和热影响区小,(2)由于温度梯度较大。
可以形成精细的微观结构,(3) LC具有环保、简单、灵活和节省材料的优点,本文从液晶、覆层材料体系和液晶应用三个方面综述了液,图4 粉末颗粒流的轨迹、温度和速度分布,由于液晶的温度梯度较大,涂层容易出现裂纹等缺陷,研究表明,感应预热可以降低温度梯度。
Bidron等人研究了高温感应预热(温度范围为)对,如图7(c)所示,2 mm厚基板上的热影响区中没有裂纹,这可以归因于感应预热温度影响热影响区的微观结构,从而改变裂纹的迹象,此外,感应预热温度对最大沉积速率和激光能量效率也有重要影。
在激光功率和扫描速度不变的情况下,随着感应预热温度的升高,最大沉积速率和激光能量效率增加,但增长速率逐渐降低,因此,感应预热温度应控制在适当的范围内,1介绍。
2.5,外场辅助激光熔覆,图6 不同激光功率的K403高温合金涂层的横截面,2.1,工艺原理,图像信号或光谱信号可用于监测粉末的流动和分布,然后通过优化喷嘴参数来提高粉末利用效率。
Gulyaev等人使用光学诊断系统Yuna(主要由,监测结果如图4所示,可以看出,在激光的作用下,粉末流从原来的气流输送方向扩展到35°-40°的扇。
当气体流速Gtr从5 slpm增加到15 slpm,粉末流的平均温度和激光束方向的平均速度都会增加,当气体流量Gtr继续增加到20 slpm时,激光束方向上粉末流动的平均速度和平均温度降低,因此存在一个合适的气体流量。
以最大限度地发挥激光对粉末的影响,同时,分析了不同工艺参数下熔池的流速,然而,在某些过程参数下,由于感兴趣区域的亮度差异很大。
很难获得足够质量的视频,因此,未来可能会考虑使用带通滤波器的照明激光器,上图可以观察到高度H和宽度B值与包层条件的关系,将喷嘴与沉积表面之间的距离增加1.4倍。
轨迹宽度减小1.1倍/1.2倍,其高度减小1.7倍/2.6倍,这是因为当喷嘴/工件距离减小时,激光束会发生一些散焦,表面加热增加,然而,它的温度较低,这解释了单轨尺寸的减少。
另一方面,激光光斑的速度增加了3倍,轨道的宽度减小了1.15倍/1.3倍,轨道的高度减小了2倍/2.9倍,这种变化可以通过沉积材料体积在较长长度上的分布来解,影响熔覆层表面形貌和内部微观结构的工艺参数通常不是。
它们往往相互作用并相互影响,所以,通过各种优化算法和经验公式来获得最佳工艺参数的组合,选择激光功率、扫描速度和送粉速度作为要优化的工艺参,熔覆高度和稀释率是优化的响应目标。
找到了能够实现最大熔化宽度、最小熔化高度和适当稀释,通过实验验证了优化后的参数组合,灰色关联值提高了0.1533282,Wu等人研究了LC-NiCrBSi合金涂层的孔隙率,结果表明,线性能量密度可用于确定消除大孔隙率的阈值,超声振动作为一种外部物理场,对熔池中微观结构的生长和凝固以及元素分布具有重要影。
Li等人分析了超声振动辅助下LC-MMC涂层的微观,随着超声功率的增加,熔覆层中的WC颗粒似乎均匀地聚集在底部,然后到达底部,如图7(e)所示,因此,在适当的超声功率下,超声空化效应和超声声流效应可以克服重力作用下WC颗。
超声振动对熔池的影响导致枝晶断裂和晶粒细化,并促进WC颗粒的分解,分别如图7(f)(g)所示,在超声振动辅助激光熔覆中,超声作用于微观结构、气孔和其他缺陷生长的机理需要进,图7 外场辅助LC的原理图及其有益影响,LC是激光、熔覆材料和基板之间相互作用的过程,因此通过建立LC过程模拟。
可以更好地分析不同工艺条件下熔池的温度、应力和流场,在实践中,LC过程的模拟分析在改善熔覆层的宏观形貌、微观结构,许多学者基于流体力学和物理相场过程模拟了粉末沉积过,在LC过程中,会产生热应力和残余应力。
因此,应力场的模拟分析为有效减少熔覆层中的裂纹等缺陷提供,Ghorashi等人考虑了多轨迹中的非线性运动硬化,并将循环塑性理论引入到LC Inconel 718,这不仅将残余应力预测误差降低了约50%。
还分析了熔覆过程中的表面松弛,Zhang等人通过建立单轨和多轨钴基涂层的温度场和,分析了感应热应力对熔覆层残余应力的影响,然而,感应预热对单轨的影响仅进行了分析,因此应进一步分析多轨,实际上,液晶是一个多场相互作用的过程。
因此,应建立一个全面的模拟模型,以获得未来在完全耦合的热-冶金-机械有限元模型下的,电磁场主要与材料中的电子相互作用,影响化学反应过程,进而影响微观结构和元素分布,如图7(j)所示。
Zhai等分析了不同电磁场下的熔覆层稀释,发现稳定的磁场可以显著降低涂层稀释率,但电磁场对其影响不大,对涂层组成相的分析发现,不同层中的相几乎没有变化,这是因为电磁场对熔体池中的热条件几乎没有影响,如图7(i)E-H所示,当施加与重力方向相同的安培力时。
等效重力加速度增加,因此,作用在孔隙上的合成浮力相应增加,熔体池中孔隙的流速增加,最终,孔隙度和孔径都会降低,如图7(i)A-C所示。
当施加向上的安培力时,熔体池中的孔隙溢出将更加困难,然而,它只改变电场的大小和方向,因此应研究磁场方向变化下熔覆层的微观结构。
温度传感器可以监测固定点温度、熔池的温度分布和熔池,热历史与熔覆层中微观结构的生长有直接关系,Gopinath等人使用红外高温计监测熔池的热历史,并研究熔池寿命、冷却速率、熔覆层的微观结构和润湿性,从红外高温计获得的原位合成inconel718/T。
可以识别固化架的位置,从而可以在线识别过度稀释率,熔池中TiC颗粒凝固框架斜率的变化是在线评估不同工,图5是在1200 W激光功率和200 mm/min,该热循环决定了不同相的形成和涂层/部件的机械性能,同时,熔池的寿命和WC与金属基体之间良好润湿性的冷却速率,2.3。
过程监控,在液晶中,粉末与激光、基板和喷嘴的相互作用会影响粉末的分布,粉末的流动特性影响其利用效率和熔覆层的宏观形貌,粉末的流体动力学特性不仅与其粒径、形状和外部空气压,还与粉末喷嘴的类型有关,如图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,从而增加了流动粉末的温度分布,粉末的温度分布与激光功率和喷嘴与激光焦点之间的距离,因此,应选择合适的激光功率和喷嘴与激光焦点之间的距离,因此,粉末分布的能量全部包含在激光辐射区域,并获得均匀的温度分布。
熔池附近的粉末分布与基体有很大关系,在保护气体的作用下,粉末冲击基材并反弹或分散,从而影响上部粉末流的分布,因此,在对粉末沉积过程进行模拟分析时,应充分考虑基体的作用。
图3 激光开启0.8秒后,在0.5 kW高斯激光束的影响下,模拟的微珠形状以及微珠内部的金属流动结构,采用响应面法获得了孔隙率最小的激光功率、扫描速度和,通过在基板下方放置预热至300°C的绝缘层,可以有效消除裂纹。
然而,在最佳工艺参数下,熔覆层中仍然存在少量气孔,因此,通过优化LC设备有望进一步减少气孔缺陷,建立工艺参数与熔覆层熔化高度、熔透深度和稀释率之间,可以大大减少优化实验的次数,显著提高熔覆质量和效率。
Bax等人提出了一种基于Inconel 718单包,不仅得到了激光功率、扫描速度、送粉速率与熔覆层宽度,而且建立了工艺参数与粉末利用率之间的工艺参数图,但是,它仅适用于单轨,因此应进一步加强对多轨的研究,Reddy等人通过LC非晶态Fe-Cr-B合金的单,建立了粉末沉积效率、稀释度、孔隙率和工艺参数之间的。
并通过实验进行了验证,总之,有许多工艺参数影响熔覆层的宏观形貌、微观结构和性能,每个工艺参数也相互影响,因此,在实际应用中。
应根据熔覆层的要求综合考虑各工艺参数,LC作为一种有效的表面强化和修复技术,得到了越来越广泛的应用,有时会出现熔覆层质量差和重复性差的问题,然而,计算机和传感技术的发展可以帮助我们更好地监测温度场,所有这些都与熔覆层的内部微观结构、缺陷和几何精度密,LC是一个复杂的物理-化学冶金过程。
可以通过温度信号、图像信号和光谱信号更好地理解,钛合金、镁合金和其他合金具有优异的性能,例如比强度高、韧性好和密度低,同时,由于其在地球上的丰富储量,被广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。
然而,随着工业的发展,这些材料将越来越多地用于高温、高压和磨损环境,耐磨性差和高温稳定性差的缺点限制了其应用,为了解决这些问题,人们采用了许多表面强化技术来提高这些合金表面的耐磨,例如等离子喷涂、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉,由LIHRC在A3钢上制备的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,过程模拟分析。
在LC过程中,熔覆层的稀释度、纵横比、微观结构和力学性能与激光功,为了获得组织精细、成分均匀、力学性能良好的熔覆层,许多学者从不同角度对工艺参数进行了分析,2.4,工艺参数优化,适当的激光功率将减少裂纹、空洞。
并产生质量和性能良好的熔覆层,高激光功率导致熔覆层开裂和变形,当激光功率太小时,粉末不会完全熔化,并导致局部起球和空洞,Song等人分析了激光功率对涂层宏观形貌和微观结构,结果如图6所示。
可以发现,随着激光功率的增加,熔覆层的高度、宽度和穿透力都会增加,大多数裂纹从热影响区开始,沿垂直于接头表面的方向一直延伸到覆层表面,随着激光功率的增加,熔覆层底部分别出现柱状枝晶、少量等轴晶、均匀柱状枝。
这是因为随着功率的增加,冷却速率逐渐降低,晶粒尺寸与其呈负相关,随着激光功率的降低,微结构也变得更细,除了激光功率外,扫描速度对熔覆层的形成也起着重要作用。
图2 喷嘴和粉末射流参数的计算,熔覆速度v和透镜喷嘴与表面熔覆距离L对熔覆轨道尺寸,图1 同轴粉末系统和预放置粉末系统的示意图,图5 在1200 W激光功率和200 mm/min,Inconel 718+TiC的LC期间记录的典型,LC是一种多学科技术,集成了激光技术、计算机辅助制造技术和控制技术。
LC是一个复杂的物理、化学和冶金过程,本节从原理、模拟、监测和参数优化等方面介绍了LC过,在航空航天、石化和汽车等行业中,不同机器的许多零件都处于高温高压环境中,并且容易磨损和腐蚀,因此,高温下的耐磨性和稳定性需要进一步提高。
激光熔覆技术具有稀释率低、热影响区小、涂层与基体冶,目前广泛应用于机械零件的修复和功能涂层,本文从过程模拟、监测和参数优化等方面详细介绍了液相,同时,随着高熵合金、非晶合金和单晶合金在液晶材料中逐渐显,本文对液晶材料系统进行了全面的综述,此外,还概述了液晶在功能涂层和机械零件维修中的应用。
讨论了液晶显示技术存在的问题和发展趋势,通过优化工艺参数,可以在一定程度上减少覆层的内部结构缺陷,但有时仍会存在孔洞、元素偏析和结构不均匀,为了显著减少这些缺陷对微观结构的影响,并生产出性能良好的涂层。
近年来,许多学者将LC与其他技术相结合,形成了感应加热激光熔覆(LIHC)、超声波辅助激光,器件结构示意图如图7(a)(d)(h)所示,温度场和流场的分布直接影响熔覆层的宏观形貌、微观结,温度场和流场的数值模拟对于LC过程中工艺参数的设计,Khamidullin等人建立了二维LC模型。
并模拟了熔覆层的宏观形貌、结晶过程、温度场和速度场,图3(c)是二维熔覆层宏观形貌、速度和温度场的模拟,可以发现,模拟更好地反映了熔覆层的实际宏观和微观形貌(图3(,三种流动类型(图3(b))可以清楚地反映出来,然而,通过比较仅在低速送粉情况下二维和三维熔覆层的宏观形,该模型具有良好的可预测性。
因此,应进一步优化该模型,LC过程的有限元模型综合考虑了流体流动、传热、表面,对热输入具有良好的预测能力,LC使用高功率激光器作为热源,在处理基板上形成熔覆层,根据送粉方式,可分为四种类型:同轴送粉系统、预放置送粉系统、离轴。
最常用的液相色谱方法是同轴粉末系统和预放置粉末系统,图1是同轴粉末系统和预放置粉末系统的示意图,当粉末被载气从送粉喷嘴喷出时,激光束照射基板以形成液态熔池,在与激光相互作用后,粉末进入液态熔池。
并在送粉喷嘴与激光束同步移动时形成熔覆层,与同轴粉末系统不同的是,在预放置粉末系统中,覆层材料预放置在基板上,然后。
通过激光束扫描熔化预先放置的粉末,并快速冷却熔池以形成熔覆层,LC样品通常可分为四部分:包层区(CZ)、界面区(,一般来说,预置换粉末系统操作简单,熔覆质量较好。
但熔深不易控制,稀释度大,同轴粉末系统具有较高的激光利用率,但对熔覆设备的质量要求较高,2 激光熔覆工艺,液晶的物理和化学变化极其复杂。
因此仅靠上述三种监测信号进行自适应控制是不够的,需要使用更先进的传感器和监测设备直接监测间隙、热应。
金属增材制造过程中的缺陷(二)
1.5固态裂纹,为了实现无缺陷的零件,建立了一个可降解产品的瞬态扩散和临界加热方程,一些研究已经解释了粘合剂的去除、密度梯度和由此产生,随着孔隙度的增加。
粘结剂去除动力学表现出增强的行为,整个粘结剂去除过程由两个竞争过程主导:迁移和蒸发,在去除过程的某些区域,低密度液相变得不连续,熔融粘结剂/空气界面侵入,在其他情况下,粘结剂蒸发并扩散到低密度区域周围的空气中,而毛细力差继续将粘结剂吸入高密度区域。
2.2 粘结剂烧毁不当,2,3 缺陷消除策略,•延展性浸裂(DDC),江苏激光联盟陈长军原创作品,欢迎转发和转载。
转载请注明来源,•层状开裂(分层),表面连接的孔隙度既可以代表一种设计特征,类似于AM骨骼结构的支架,也可以代表先前蒸汽的缺陷,这些缺陷在材料运输过程中以气泡形式重新出现但在关闭,表面孔隙度被认为对于需要与其他材料形成牢固结合的应,如用于医疗植入物的材料。
然而,无法通过HIP后处理去除的不良表面连接孔隙会导致表,图7显示了表面连接孔隙度的一个示例,这是经过DED处理的17-4PH不锈钢的显微照片,在这个17-4PHAM组件中也发现了缺乏融合和气孔。
3.1工艺过程后的机械加工/表面处理,文章来源: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焊接铝合金6082的时候,采用传热和流体模型进行模拟,得到的熔化区的实际形状和模拟的形状的对比图(右图),• 再加热和焊后热处理(PWHT)开裂,AM部件的表面光洁度由应用程序决定,在大多数PBF加工零件中。
对于某些不存在过度摩擦的场合,允许远离关键特征的已建成加工表面,设计公差用于计算需要对零件表面进行机加工或修整的表,一般来说,目前还没有针对AM金属的标准机加工或表面处理程序,其实,它们取决于材料和应用,2.Origin of grain orienta。
Acta Materialia,Volume 115,15 August 2016,Pages 123-131,https://doi.org/10.1016/j,本文为金属增材制造过程中的缺陷方面的综述。
本文为第二部分,在某些情况下,杂质可以增强机械性能、强度和延展性,然而,在其他情况下。
它们会导致沉积结构的耐腐蚀性和致密度降低,送粉DED、送丝DED和PBF增材制造工艺都能够产,由于过量的不溶元素,如碳、氧、氮、氢和氯,杂质最常存在于材料的合金元素中,如果在加工前或加工过程中暴露于有害环境,氧等杂质可能与合金元素形成氧化物并污染加工所需的原。
由于原料的表面积较大,增加了暴露于污染的可能性,因此粉末AM可能会出现更高程度的由杂质产生的孔隙,此外,较低的能量输入导致更小的晶粒和更多的晶界,很可能会沿晶界经历更多的杂质成核区域。
从而降低耐腐蚀性,如果缺陷未被去除,则由PBF和DED处理的AM金属部件中存在的缺陷则,虽然有些应用不需要过多的后处理,但关键应用需要大量的后处理加工、表面处理和HIP后,以消除对沉积状态有害的缺陷。
补偿缺陷形成的另一种方法是设计相应的结构以限制在A,参考资料:,▲图8 两个已被烧结并开始形成颈区的粒子的示意图,在Ts和0.5Ts之间的温度下,铜、铝、镍、钛和奥氏体不锈钢合金的延展性急剧下降时,这种延展性的降低可以基于凝固范围和最小诱导力的知识,虽然杂质对于加工材料来说并不总是理想的。
但杂质分离并不表明有任何不利影响,因为边界清理对这种类型的固态裂纹不起作用,事实上,DDC总是沿晶界迁移的晶间发生,虽然影响DDC的机制已被广泛讨论,但影响DDC在熔融金属中的因素包括大角度晶界、温度,•铜污染开裂(CCC)等。
•应变时效开裂(SAC),金属增材制造参数的开发通常要经过一系列的步骤,以获取新合金对不同工艺参数的响应情况的更多信息,这些参数是基于之前对其他合金实施的一系列条件,虽然在大多数情况下,理想的是产生没有孔隙的结构,但在参数开发阶段。
特别是在尝试实现一个新的检测工具时,尝试在构建中创建一致的缺陷形成是很重要的,以往的原位传感系统研究有不同的过程参数,如扫描间距、粉末流动、热输入、切片策略、计算机辅助,以了解是哪些参数或参数组合影响了缺陷的一致形成,列出的参数有效地改变了相邻扫描道次的重叠率。
进入熔池的质量流量,合金受热的数量和时间,以及结构的内部设计,研究原位传感技术的研究人员通过使用现有的合格的非原,即新技术,然后在原位确定新技术的有效性,从而创建一致的缺陷来验证他们的新技术。
此外,需要多孔结构的应用,特别是金属泡沫或医疗应用所需的应用,必须实现CAD和工艺参数设计,以实现一致的结果,江苏激光联盟导读:,3.3 传感器技术,粘合剂去除最关键的部分是在低温度状态下烧尽低分子量。
初始阶段由低浓度的孔隙组成,这对粉末压块提出了挑战,并可能导致严重的损坏,烧毁过程失败的标准是样品内降解产物的蒸气压升至10,随后气泡成核和生长,此过程中的孔隙源自压块表面,并在脱脂过程中扩散到结构内部(图10。
步骤1),粘结剂扩散到内孔/粘结剂界面先于粘结剂蒸发,气体通过孔隙传输到压块表面,然后被氮气处理气流冲走,▲图9 Coble提出的两种几何模型:(a)中间阶,2。
固态/烧结过程中的缺陷类型,3.4 热过程监测方法,3.7 设计策略,超声波技术包括接触和非接触方法,通过材料产生脉冲波,机械能被吸收或反射。
然后被接收器检测,并转换成电子信号,检测到的信号包括广泛的地下特征和地面信息(见图11,信号信息的变化可能部分是由于密度和几何结构的差异导,这些差异表明结构部件存在缺陷,以前的超声波研究已经通过建模和经验方法揭示了独特金,▲图11 SLM制造过程中具有空间分辨率的声探测,另一方面。
SAC发生在沉淀强化镍基合金的热影响区(HAZ)的,同时应用于焊缝金属的局部应变和时效条件引发了这种缺,Inconel718是一种常用于AM修复应用的沉淀,由于钛和铝成分减少导致γ’沉淀速率较慢,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的影响。
孔隙在中间和最终烧结阶段开始形成,最初,孔隙沿三个晶边形成相互连接的通道(图9),随着烧结过程的进行,孔隙通道断开,当二面角超过60°和不均匀收缩时形成孤立的孔隙。
Coble提出了图9中所示的两种几何模型——通道孔,粒子之间包围的封闭孔取决于相邻粒子的数量,烧结是一种成熟的热处理工艺,可将金属或陶瓷粉末转化为具有更高机械强度的材料,但在大多数情况下,会产生残余孔隙,固态烧结的步骤包括固态原子扩散、再结晶和晶粒生长,而传质涉及六种不同的机制。
包括表面扩散、蒸发冷凝、晶界扩散、晶格扩散、粘性流,烧结的主要方式是基于相邻颗粒之间形成的冶金键来实现,冶金结合颗粒之间形成的桥称为颈部(图8),1.7 表面连接孔隙度,3.5 光学过程监测方法。
热技术收集辐照表面的温度分布,以帮助预测可能存在缺陷的熔合程度较低的区域,热无损检测(NDE)技术,包括红外热成像仪和测温仪,已经在PBF和DED室中寻求集成,并收集沉积过程中的温度梯度,红外摄像机为PBF提供了二维表面积的高时空信息。
同时对DED过程的能量测量进行了评估,另外,通过高温测量法收集离散温度测量值,收集的数据点用于评估热剖面的变化,以及DED过程中粉末进料速率和功率的变化,由于两种AM工艺的检测深度有限。
热测量仍然缺乏有价值的内部缺陷和热演化信息,发射率、运动模糊和反射测量的不确定性导致信息变得不,尽管如此,高温测量等热技术已与高速摄像机相结合,以监控建造过程。
可通过监测逐层过程的辐照度来描述整个结构的凝固和热,热等静压后处理是一项长期确立的技术,用于根据热处理过程中发生的传热和相变的特性,对粉末以及铸造、烧结和现在的AM产品进行致密化和固,HIP工艺将高等静压(100至200MPa,或15至29ksi)气体(通常为氩气)施加到致密的。
温度低于固相线,但足以使塑性流动最大化,以增强原子/空位扩散,从而愈合内部孔隙,孔隙最初会随着塑性流动而收缩,然后通过扩散机制而收缩。
HIP技术的目标包括减少空隙、总生产成本、分散性能,当截留气体的平衡压力与外加压力相等时,热机械过程使充满气体的内部孔隙坍塌,理想的孔隙形状为球形,以确保均衡压力布满于整个孔隙区域。
然而,在某些情况下,后续热处理会导致孔隙再生,氩、氮和氦等不溶性气体通常用于金属部件的加工环境,去除粘结剂是粉末金属工业中最关键的步骤之一,缺陷可能是由于脱脂不足而产生的,例如膨胀、起泡、表面开裂和较大的内部空隙。
粘结剂烧尽取决于生坯的内部结构,并有导致结构变化的趋势,其中动力学决定了去除过程,粘结剂的分布受毛细力支配,毛细力取决于熔融粘结剂的物理性质和挥发性产品的去除。
用于粘结剂燃烧的常用技术包括热、溶剂和催化,一般而言,热脱脂是一种低效的工艺,因为模具部件的芯部会产生过量的蒸汽压,受过程温度升高的影响,会导致缺陷的形成,或者。
溶剂技术保持低温以最大限度地减少缺陷、变形和脱脂时,通过将粘结剂修改为具有更高熔点的粘合剂,可以改善燃烧动力学,然而,气相传输、液体扩散性和饱和溶解度也应该被认识到,一些研究强调了使用各种非接触热、光学和超声技术作为,由于其友好的用户界面、有限的表面粗糙度影响以及收集,热技术和光学技术比其对应的超声波技术得到了更广泛的。
相反,超声波研究将这些视为需要克服的挑战,这些无损评估(NDE)方法(热、光学和超声波)的潜,因此,继续寻求扩大其增长的机会,3.2 热等静压(HIP)后处理,1.6 杂质,基于熔合的缺陷仍然是增材制造组件中反复出现的问题。
虽然大多数缺陷可以通过无损检测技术检测到,并通过后处理HIP来消除,但在多个加工腔中加工同一种合金仍需达到一致性,根据其尺寸或与部件表面的连接性无法消除的缺陷应予以,因此,了解在每个工艺中形成的缺陷类型。
它们的形成机制,影响它们形成的工艺参数,以及在处理过程中要避免的杂质类型,这有可能提高增材制造处理的稳定性,光学测量设备。
如使用电荷耦合器件的高速摄像机,互补的金属氧化物半导体探测器和光学发射光谱仪(OE,这些先前已集成用于监测现场过程,光学技术通常用于收集关于构建层表面的信息,例如表面粗糙度、堆积区域或未熔化粉末引起的缺陷,这些基于光收集的装置能够监测熔池的演变,尽管其检测能力不能提供建造过程中可能形成的内部几何,可在近红外区域操作的高速摄像机的广泛可用性和廉价性。
OES等技术长期以来一直用于了解激光材料加工过程中,包括测量与焊接缺陷对应的铁、铬和镁蒸汽的激发温度,最近,OES已被应用到增材制造工艺中,用于识别组件内的未熔合缺陷,同时也显示出利用等离子体羽流发射信号识别硬度、表面。
光学技术已经成功地在构建过程中捕获了每一层的表面特,尽管这些方法仍然面临与捕获时间和分辨率相关的图像处,使用光学技术进行原位检测的主要挑战之一是无法实现闭,2.1 烧结孔径,▲图7 定向能量沉积处理的17-4PH不锈钢表明缺,大多数情况下,增材制造中的后处理加工从去除支撑材料开始。
在许多情况下,从用于熔合沉积的基板中去除组件,在某些情况下,可使用加压气体喷嘴或可溶性液体冲洗来去除支撑材料,而在其他情况下,需要使用研磨锯或激光微加工系统等工具来去除多余的材。
去除支架后,AM沉积物通常需要使用金属合金专用的铣削或研磨工具,有些材料,特别是钛合金,普遍认为更难加工,由于其导热系数低、化学反应性高。
在大多数切削工具中很难加工,这些特性通常导致刀具寿命缩短和表面光洁度差,3,缺陷消除策略,金属AM加工缺乏稳定性,这是由于其复杂性和对形成性能降低缺陷的易形成特性造。
利用X射线计算机断层扫描检测缺陷和通过HIP后处理,尽管如此,金属AM的后处理和检测既昂贵又耗时,限制了AM技术在关键组件上的广泛使用,因此,从非原位检测技术中产生的缺陷原位检测方法最近被集成,以节省后处理的金钱和时间,HIP消除孔隙的主要机制有四种:塑性流动、幂律蠕变。
总之,所有的机制最终导致一个致密的组件,然而,孔隙消除的速率根据所选机制而不同,塑性流动往往随孔隙效应的变化而变化。
其中孔隙率和流动应力呈反比关系,当静压超过材料在HIP温度下的屈服点时,孔隙收缩,从而允许微观尺度上的局部塑性流动,幂律蠕变机制交替使用原子和空位的扩散和转移,以及从固定位错到固定位错的转移。
固定位错可以用来爬过障碍物并穿过晶格,Coble和Nabarro–Herring蠕变机制,因此主要发生在致密化的后期,表面能是与扩散收缩相关的主要驱动力,原子到孔表面的移动和从孔表面进入主体的空位停止了致,Coble蠕变通过晶界转变原子/空位运动。
而Nabarro–Herring蠕变在晶格内扩散原,抗蠕变材料不具备基于后一种机制进行去除孔隙的能力,粉末处理、原料生产和加工环境应按照必要的化学控制标,在惰性环境中加工或在加工过程中使用保护气体(如氩气,4,当前的知识缺陷,3.6 超声波过程监测方法,▲图10 金属压实和孔隙去除步骤的孔隙结构示意图。
(1)脱脂过程中形成孔隙(2)粘结剂扩散到内孔/粘,▲图 12 第一排:模拟的温度场和速度场(材料为铝,后两种固态开裂特性,层状开裂和CCC,尚未在AM工艺中得到广泛探索,然而。
这两种裂纹都在热影响区中被观察到,并显示出对机械性能的不利影响,当硫和氧被困在凝固材料中并与其他合金结合时,层状裂纹主要发生在普通碳钢或低合金钢中,导致金属间杂质。
相比之下,CCC是在钢和钴基合金中观察到的液态金属脆化的结果,每种固态裂纹之间的偏差由裂纹形成的机制和最先发生的,相比之下,再热裂纹与PWHT和应力消除处理相关,通常用于缓和马氏体结构并降低残余应力。
虽然在建成的AM结构中可能不会立即出现再热裂纹,但任何后热处理都可能使零件受到这种情况的影响,由于熔体中含有二次碳化物形成元素(铬、钼、钒),低合金钢通常会出现这种类型的裂纹,此外,经历强烈沉淀反应的材料容易发生这种类型的固态裂化,可以通过控制成分、焊接条件、残余应力、应力松弛、应,在选择性激光烧结中。
激光束照射均匀地散布在前一层的每一层的粉末上,并将粉末颗粒融合到密度高(>90%),从而形成组件,由此产生的温度梯度导致表面上的颗粒聚结比底层更快,因此。
几百微米大小的气泡因其大体积和快速的凝固时间而被困,已经开发了几种基于传质和流体动力学的模型来预测气泡,减小颗粒尺径会增加烧结和致密化发生的速度,在金属合金基质中选择快速扩散的合金元素或保护气体也,金属增材制造已经引起了工业和研究人员的注意,他们都在寻求充分利用这种工艺提供的设计机遇和独特的。
然而,虽然新的进步带来了更好的性能和复杂的设计特征,但增材制造工艺的复杂性仍是有待解决的挑战,后处理机械加工可以去除任何有害的特征,如表面连接的孔隙、由未熔化的粉末或激光痕迹造成的过。
另外,表面处理用于获得那些可能在后加工加工过程中被消除或,后处理技术包括振动碗磨损、热切割机加工、光学或手工,第三排及其以下,为模拟的不同条件下的结果,固态裂纹源于各种可焊接金属的连续加热和冷却,被确定为五种类型之一:。
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