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长三角G60激光联盟导读
据悉 ， 本文研究了使用高斯（圆形）和椭圆（横向和纵向）激光束形状对 316 L 不锈钢进行单轨激光粉末床融合加工期间柱状到等轴微观结构的转变 。 证明了通过成核事件产生等轴晶粒的倾向与椭圆横向激光束提供的大光束宽度相关 。 本文为第一部分 。
摘要
增材制造（AM）有望通过局部微观结构控制生产具有定制机械性能的复杂零件 ， 从而彻底改变制造业 。 主要挑战是控制或预防AM零件中普遍存在的柱状（细长）生长形态 。 在这里阐明了使用激光束整形策略促进有利的等轴晶粒的微观结构控制的机制 。 这需要精确的热剖面 ， 只有使用先进的预测仿真才能捕获 ， 该仿真将全激光光线追踪、超快流体动力熔体流动和晶粒生长的元胞自动机方法相结合 。 本文研究了使用高斯（圆形）和椭圆（横向和纵向）激光束形状对 316 L 不锈钢进行单轨激光粉末床融合加工期间柱状到等轴微观结构的转变 。 证明了通过成核事件产生等轴晶粒的倾向与椭圆横向激光束提供的大光束宽度相关 。 此外 ， 揭示了瞬态状态下的不同微观结构演变机制 。 本文预计 ， 这种对用于微观结构控制的局部光束整形物理学的基本理解将对未来的复杂光束形状设计以及光束调制产生影响 。
图形摘要1 介绍
增材制造（AM） ， 也称为3D打印 ， 是一种逐层创建三维实体物体的过程 。 长期以来 ， AM一直被认为是一种可以彻底改变制造业的技术 ， 能够快速制造具有复杂和定制几何形状的物体 ， 这些物体无法通过其他方式轻松经济地生产 。 激光粉末床熔融（L-PBF）是直接金属AM最常用的工艺 。 AM L-PBF 社区确定了一个新的具有挑战性的目标 ， 即控制特定地点的微观结构 ， 以生产具有定制机械性能的零件 。 更重要的是 ， 了解和控制打印微结构的演变最终将允许定制组件微观结构 ， 以实现传统加工无法实现的特性组合 。
Q&C环境的示意图 。
上图中的示意图说明了Q&C环境的高级元素 。 在技术实施的早期阶段 ， 该行业通常必须完全依赖内部专有材料和工艺规范进行内部认证工作和监管机构的认证 。 此类内部文档的开发通常冗长且昂贵 。 随着SDO制定适当的规范和标准 ， 公司可以在内部和外部文件之间进行选择 。 一般来说 ， 使用行业公认的外部规范和标准可以简化监管机构的工作 ， 并通过“公平竞争环境”来提高安全性 ， 为AM等新技术的关键要素建立整个行业的最低可接受要求 。 例如 ， 有兴趣使用该技术但可能没有足够的资源来制定全面的内部规范或标准的小型公司可以使用外部文档来实现强大的问答流程 。
关键微观结构特征 ， 即晶粒尺寸、凝固形态（如平面、蜂窝状和树枝状）和增材制造金属部件的晶体纹理 ， 显着影响机械性能 ， 如强度和延展性 。 柱状晶粒和等轴晶粒通常在由铁基、镍基和钛基合金制成的部件的凝固区域中观察到 。 前者通常较粗 ， 而后者通常较小 。 大柱状晶粒可用于提高抗蠕变性或为特定应用制造强质构和各向异性 。 另一方面 ， 除了霍尔-佩奇强化之外 ， 还可以利用小的等轴晶粒来提高表面附近的疲劳寿命和抗晶间裂纹扩展能力 。 因此 ， 通过控制柱状和等轴晶粒的相对体积分数及其在加工过程中的空间分布 ， 可以实现增材制造金属部件的工程场地特定特性 。
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