用平顶激光束通过选择性激光熔化制造纯镍单晶( 三 ) _机械

图6示出了分别与轨道1、2和3相关的FT1、FT2和G1的多层微结构。 FT1呈现出均匀的{001<100>织构(图6a–d)表明FCC晶胞在BD中保持接近0°的取向差，潜热传递从顶部区域沿熔池发生
因为在选择性激光熔化中没有成核屏障，所以微结构是作为凝固期间外延生长的结果而形成的，除非在熔体池中有高密度的成核位置，例如细颗粒。成核屏障的缺乏归因于选择性激光熔化工艺的高冷却速率，这防止了随机的独立成核。因此，在本研究中没有观察到等轴晶粒的形成。同时，外延生长的晶粒结构由热梯度和生长速率决定。选择性激光熔化熔池的固液界面的热梯度测量值介于106-108K/m之间。这种高温梯度有利于平面或蜂窝状晶粒的形成。此外，浅熔池的低凝固速率是由具有最高熔池温度的点和熔池熔合线边界之间的小距离造成的。因此，平顶轮廓的浅熔池可以获得较高的热梯度和较低的凝固速率，这导致平面外延凝固结构的形成。
凝固期间外延晶粒生长的方向由热梯度和潜热的方向决定，其与热源反向平行。这表明，尽管FCC晶体倾向于在?001?取向上生长，但生长平面取决于固液界面，受热梯度方向的影响。该固液界面的生长方向几乎垂直于选择性激光熔化中的熔池熔合线。随后，平坦的熔体池底部导致固/液界面在BD平面中更接近0° 。在该研究中，观察到FT1中单晶结构的织构在图6c中的箭头附近，表明相对于BD的偏差为8° 。这发生在扫描过程中的SD中。在选择性激光熔化工艺中， BD–SD平面上的熔池尾部存在一定程度的取向错误是不可避免的。此外，在SD–HD平面上，平顶轮廓的圆形形状导致晶粒生长方向相对于SD沿着熔池尾料的熔池边界的错向分布。因此，从熔池底部相对于BD的最终晶粒生长方向可以偏离一定程度，例如本研究中的8° 。更多细节和进一步讨论将在另一份报告中提供。因此，在本研究中，在没有单晶种的样品中心获得了单晶结构。
对应于轨道2的FT2微结构(EM=61.16J/mm3)呈现出单晶高斯结构(图6e–h) 。类似地，对应于轨迹3的G1(EM=46.16J/mm3)呈现出接近均匀的{011<100>结构(图6i–l) 。这些发现表明FCC晶胞在BD平面上经历了一个45°的旋转。尽管是单晶结构，但仍观察到大量的HAGB 。与高斯或超高斯熔池一样，固液界面向熔池底部移动。因此，由于这种移动，从熔池中心到边缘区域发生了竞争性晶粒生长。这可以在轨道2和3上进一步观察到，与在熔池边缘较高的取向误差角相比，轨道2和3在熔池中心呈现较低的取向误差角(图3c和4) 。例如在{001<100>和{011<100>之间即图6j中的蓝色箭头处， G1的几个区域观察到更明显的竞争生长模式。 HAGB的形成是超高斯或高斯熔合线的竞争的、非均匀生长的结果。在没有竞争生长的情况下，当这些{011<100>枝晶的生长前沿在中心线相交时，形成HAGB ，导致中心线HAGB 。

图7 平顶构建的(a–c)FT1、(d–f)FT2和(g–I)高斯构建的G1的核平均取向差(KAM)图和线矢量取向差。 (b)、(e)、(h)中的区域分别取自(a)、(d)和(g)中显示的标记区域。 (c)、(f)和(I)中的线矢量取向差分别从(b)、(e)和(h)中所示的梯度色箭头获得。
据报道，位错积累，特别是以GNDS的形式积累，会导致HAGBs ，从而通过DRX形成新的晶粒。因此，必须调节位错积累以获得单晶结构。在选择性激光熔化工艺中，逐层加工的热机械循环会产生位错和应变累积。图7显示了HD–BD平面中FT1、FT2和G1的内核平均取向差(KAM)图。 FT1、FT2和G1的GND分别为0.71×1014、1.07×1014和1.28×1014/m2 ，建立在Nye张量的基础上使用Pantleon的模型，在{111<110>FCC滑移系统上采用了18种几何位错组态。 FT1和FT2的GND分布相似，与面积无关。 FT1区域1和2的GND分别为0.90×1014和0.89×1014/m2 。在FT2中，区域3和4之间的GND差异可以忽略不计，分别为0.99×1014和0.77×1014/m2 。在G1和代表熔池中心的5区观察到不均匀的GND分布，其GND值为1.70×1014/m2 。 G1第6区熔池边缘的GND值为0.67×1014/m2 。制造过程中产生的应变和残余应力受到选择性激光熔化中每层经历的热机械循环的影响。 Mukherjee等人用数值证明了增加热机械循环次数会导致更高的变形。由于高斯熔池的非均匀热分布，熔池深度在中心较大，并向边缘逐渐减小。因此，基于高斯的轨迹的熔池中心接收额外的热机械循环。假设在每个热机械循环的高热梯度-非重熔区附近产生位错，熔池中心的位错密度更高。对于顶部平坦的试样，熔池越平坦，沿熔池的热机械循环越均匀，导致应变累积越均匀。这些发现表明熔池的几何形状对织构的形成和位错的产生有影响，为今后的研究提供了广阔的空间。

用平顶激光束通过选择性激光熔化制造纯镍单晶( 三 )

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