مواد و ساخت پیشرفته

همجوشی لیزری بستر پودر فلزی، فناوری است که از پرتو لیزر برای ذوب انتخابی پودر فلز به صورت لایه به لایه به منظور ساخت هندسه ­های پیچیده در مواد با کارایی بالا استفاده می­کند. این فناوری در حال حاضر صنایع هوافضا و زیست پزشکی را متحول کرده است و پذیرش آن در صنایع دیگر از جمله خودروسازی، انرژی و تولید سنتی نیز در حال گسترش است.

با افزایش آزادی طراحی که توسط تولید افزودنی ایجاد می‌شود، فرصت‌های جدیدی برای طرح‌هایی که قبلاً امکان‌پذیر نبودند و در سیستم‌های موادی که اکنون عملکرد کافی برای واجد شرایط بودن در برنامه‌های کاربردی حیاتی را ارائه می‌دهند، پدیدار می‌شوند. پس از دهه‌ها تحقیق و توسعه، همجوشی بستر پودر لیزری اکنون عصر جدیدی از تولید دیجیتالی را ممکن می‌سازد. مبانی ذوب لیزری بستر پودری فلزات، اصول اساسی را در طیف گسترده­ای از موضوعات مرتبط با همجوشی لیزری بستر فلزی ارائه می­دهد.

در همجوشی بستر پودر لیزری فلزات (PBF-LB/M)، تأثیر پارامترهای لیزر بر خواص مکانیکی استاتیکی قطعات تولید شده به خوبی شناخته شده است. پارامترهای مختلف لیزر می­توانند منجر به استحکام کششی بیشتر یا کمتر شوند. تاکنون تأثیر پارامترهای لیزر بر رفتار پلاستیک حلقوی در دامنه‌های کرنش بالا به خوبی شناخته نشده است. پارامترهای مختلف لیزر ممکن است منجر به تغییر قابل توجهی در سطوح تنش در طول بارگذاری چرخه­ای شود.

در یک مطالعه که نتایج آن اخیرا منتشر شده است، رفتار مواد پلاستیکی چرخه‌ای در دامنه‌های کرنش بالا تا 3.0%برای AISI-316L تولید شده توسط PBF-LB/M بررسی شده است. برای این منظور، دو مجموعه پارامترهای لیزر مختلف اعمال شده است. یک مجموعه پارامتر لیزر خارج از منطقه ذوب پایدار و دیگری در داخل منطقه ذوب پایدار بوده است. تجزیه و تحلیل متالوگرافی و استاتیک، و همچنین آزمون خستگی کنترل شده با کرنش با نسبت کرنش R=-1 انجام شده است. نتایج این بررسی، نشان داده است رفتار مواد پلاستیکی تحت تأثیر نرم­شدن است که با افزایش دامنه کرنش به دلیل دوقلویی مکانیکی کاهش می­یابد. در واقع، برای دامنه ­های کرنش بیش از 2.5% ، سخت­شدن کرنش ناشی از دوقلو مشاهده می­ شود. فرض بر این است که سخت شدن ناشی از دوقلویی، حاصل از کرنش بالاتر است و منجر به سرعت نرم شدن آهسته تر مواد می­شود.

بین رفتار سخت­شدن کرنشی ناشی از دوقلویی­ ها و منحنی حداکثر تنش حاصل در هر چرخه تحمل‌شده یک همبستگی مشاهده می‌شود. رفتار سخت­ شدن ثانویه را می­توان به دوقلوی مکانیکی ناشی از کرنش نسبت داد. علاوه بر آن، نشان داده شده است تخلخل بیشتر منجر به تعداد سیکل­های کمتری می­شود تا زمانی که شکست ناشی از تمرکز تنش حفره­ها باشد و در نتیجه نمونه ­ها زودتر از بین می­روند.

بر اساس تحلیل­های صورت گرفته از این آزمایشات نشان داده شده است پارامترهای لیزر بر سطح تنش ایجاد شده در طی بارگذاری چرخه‌ای پلاستیک تأثیر می‌گذارند. همچنین ثابت داده شده است که تخلخل به شدت بر عمر خستگی در محدوده خستگی سیکل پایین تأثیر ­ذارد. در نهایت، منحنی کرنش-عمر خستگی با پارامترهای خستگی منسون-تابوت[1] تعیین و تقریب زده شده است.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1044580322004351