Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phương pháp chế tạo bằng năng lượng laze hướng dẫn cho thép không gỉ 316L khối lượng lớn
Tóm tắt
Quá trình chế tạo bằng năng lượng laze hướng dẫn (DED) cho các mẫu thép không gỉ 316L có khối lượng riêng cao dưới các điều kiện khác nhau về công suất laze, tốc độ quét, tỷ lệ dòng khối lượng bột và độ dày lớp đã được thực hiện. Một loạt các phân tích toàn diện đã được tiến hành về kích thước, độ nhám bề mặt, vi cấu trúc, độ cứng, độ bền kéo, nhiệt độ nền chế tạo, hiệu suất lắng đọng, thời gian sản xuất và năng lượng đầu vào cụ thể nhằm phân biệt sự biến đổi trong hiệu suất của thành phần và hiệu quả của quy trình cho các thành phần đã được tối ưu hóa về mặt độ đặc. Chiều cao lớp trung bình được phát hiện là một hàm gần như tuyến tính của tỷ lệ dòng khối lượng bột trên một đơn vị chiều dài, trong khi các mẫu có lượng bột cấp vào trên mỗi đơn vị chiều dài giống nhau có vi cấu trúc tương tự mặc dù có sự khác biệt về tốc độ quét và tổng tỷ lệ cấp bột. Độ cứng của các mẫu thường cao hơn so với thép không gỉ 316L khối lượng lớn, trong khi độ bền chảy và độ bền kéo cuối cùng có sự tương đồng hoặc cao hơn so với vật liệu khối nhưng phụ thuộc vào hướng tải. Hiệu suất lắng đọng bị ảnh hưởng mạnh bởi chiến lược quét và thời gian tắt laze, với giá trị thấp nhất chỉ khoảng 42% với chiến lược quét "raster" và lên đến 84% với chiến lược quét "rắn". Số lượng lớn các phân tích được tiến hành trên các thành phần có khối lượng riêng cao cung cấp cái nhìn mới quan trọng về các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chế tạo và hiệu quả quy trình vượt qua việc chỉ tập trung tối đa hóa chất lượng độ đặc, cho thấy rằng có thể đạt được những cải tiến đáng kể hơn nữa. Kiến thức này có thể được khai thác để tối ưu hóa quy trình theo ứng dụng cụ thể và triển khai các chiến lược kiểm soát chiều cao vòng kín và vòng hở cho việc sản xuất các thành phần thép không gỉ 316L khối.
Từ khóa
#công nghệ chế tạo #thép không gỉ 316L #năng lượng laze #lắng đọng theo hướng dẫn #hiệu suất chế tạoTài liệu tham khảo
Tucker, TR, Clauer, AH, Wright, IG, Stropki, JT: Laser-processed composite metal cladding for slurry erosion resistance. Thin Solid Films 118(1), 73–84 (1984). https://doi.org/10.1016/0040-6090(84)90107-X
Jiang, M, Jiang, XP, Huang, JG, Sun, XF, Zhang, JS, Ge, YL, Hu, ZQ: Microstructures of laser cladded iron-, nickel- and cobalt-base coatings. Mater. Lett. 7(12), 453–455 (1989). https://doi.org/10.1016/0167-577X(89)90051-7
Molian, PA, Hualun, L: Laser cladding of ti-6al-4v with bn for improved wear performance. Wear 130(2), 337–352 (1989). https://doi.org/10.1016/0043-1648(89)90187-7
Abbas, G., West, D.R.F.: Laser surface cladding of stellite and stellite-sic composite deposits for enhanced hardness and wear. Wear 143(2), 353–363 (1991). https://doi.org/10.1016/0043-1648(91)90106-5
Pei, YT, Ouyang, JH, Lei, TC, Zhou, Y: Laser clad zro2-y2o3 ceramic/ni-base alloy composite coatings. Ceram. Int. 21(2), 131–136 (1995). https://doi.org/10.1016/0272-8842(95)95884-K
Agrawal, G, Kar, A, Mazumder, J: Theoretical studies on extended solid solubility and nonequilibrium phase diagram for nb-al alloy formed during laser cladding. Scr. Metall. Mater. 28(11), 1453–1458 (1993). https://doi.org/10.1016/0956-716X(93)90498-H
Su, D., Norris, I., Peters, C., Hall, D.R., Jones, J.D.C.: In-situ laser material process monitoring using a cladding power detection technique. Opt. Lasers Eng. 18 (5), 371–376 (1993). https://doi.org/10.1016/0143-8166(93)90045-M
Pustovalov, VK, Bobuchenko, DS: Thermal processes in gas-powder laser cladding of metal materials. Int. J. Heat Mass Transf. 36(9), 2449–2456 (1993). https://doi.org/10.1016/S0017-9310(05)80128-0
Liu, Y, Mochel, ME, Mazumder, J, Shibata, K: Tem study of precipitates in laser clad ni-al bronze. Acta Metall. Mater. 42(5), 1763–1768 (1994). https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)90387-5
Yu, J, Wu, M, Wang, M: Interfacial reactions between glass coatings and steel substrates induced by laser cladding. Surface and Coatings Technology 72(1), 112–119 (1995). https://doi.org/10.1016/0257-8972(94)02341-7
Isshiki, Y, Fujiki, S, Itoh, S, Kohga, M, Hashimoto, M: Cladding of chromium onto mild steel by low-pressure laser spraying. Thin Solid Films 288(1), 45–49 (1996). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(96)08793-7
Sallamand, P, Pelletier, JM: Laser cladding on aluminium-base alloys: microstructural features. Materials Science and Engineering: A 171(1), 263–270 (1993). https://doi.org/10.1016/0921-5093(93)90414-A
de Damborenea, J, Vázquez, AJ, Fernández, B: Laser-clad 316 stainless steel with ni-cr powder mixtures. Materials & Design 15(1), 41–44 (1994). https://doi.org/10.1016/0261-3069(94)90059-0
de Damborenea, J, López, V, Vázquez, AJ: Improving high-temperature oxidation of incoloy 800h by laser cladding. Surface and Coatings Technology 70 (1), 107–113 (1994). https://doi.org/10.1016/0257-8972(94)90081-7
Hu, YP, Chen, CW, Mukherjee, K: An analysis of powder feeding systems on quality of laser cladding. Advances in powder metallurgy and particulate materials 21, 17–21 (1997). https://doi.org/10.1016/S0026-0657(98)80301-9
Lin, J, Steen, WM: An in-process method for the inverse estimation of the powder catchment efficiency during laser cladding. Optics & Laser Technology 30 (2), 77–84 (1998). https://doi.org/10.1016/S0030-3992(98)00007-3
Lin, J: Temperature analysis of the powder streams in coaxial laser cladding. Optics & Laser Technology 31(8), 565–570 (1999). https://doi.org/10.1016/S0030-3992(99)00115-2
Pei, YT, Hosson, JTMD: Functionally graded materials produced by laser cladding. Acta Mater. 48(10), 2617–2624 (2000). https://doi.org/10.1016/S1359-6454(00)00065-3
Kathuria, YP: Nd–yag laser cladding of cr3c2 and tic cermets. Surface and Coatings Technology 140(3), 195–199 (2001). https://doi.org/10.1016/S0257-8972(01)01046-5
Barnes, S, Timms, N, Bryden, B, Pashby, I: High power diode laser cladding. J. Mater. Process. Technol. 138(1), 411–416 (2003). https://doi.org/10.1016/S0924-0136(03)00109-2. IMCC2000
Bendeich, P, Alam, N, Brandt, M, Carr, D, Short, K, Blevins, R, Curfs, C, Kirstein, O, Atkinson, G, Holden, T, Rogge, R: Residual stress measurements in laser clad repaired low pressure turbine blades for the power industry. Materials Science and Engineering: A 437(1), 70–74 (2006). https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.04.065
Jeng, J-Y, Lin, M-C: Mold fabrication and modification using hybrid processes of selective laser cladding and milling. J. Mater. Process. Technol. 110 (1), 98–103 (2001). https://doi.org/10.1016/S0924-0136(00)00850-5
Koch, JL, Mazumder, J: Rapid prototyping by laser cladding. In: International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics, vol. 1993:1, pp 556–565 (1993)
Lewis, GK, Milewski, JO, Nemec, RB, Toma, DJ, Rabe, M, Cremers, D: Direct light fabrication, Los Alamos Laboratory Publication, LA-UR-95-2845 (1995)
Liu, J, Li, L: Effects of process variables on laser direct formation of thin wall. Optics & Laser Technology 39(2), 231–236 (2007). https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2005.08.012
Lu, ZL, Li, DC, Lu, BH, Zhang, AF, Zhu, GX, Pi, G: The prediction of the building precision in the laser engineered net shaping process using advanced networks. Opt. Lasers Eng. 48(5), 519–525 (2010). https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2010.01.002
Manvatkar, VD, Gokhale, AA, Jagan Reddy, G, Venkataramana, A, De, A: Estimation of melt pool dimensions, thermal cycle, and hardness distribution in the laser-engineered net shaping process of austenitic stainless steel. Metall. and Mater. Trans. A. 42(13), 4080–4087 (2011). https://doi.org/10.1007/s11661-011-0787-8
Wang, X, Deng, D, Hu, Y, Ning, F, Wang, H, Cong, W, Zhang, H: Overhang structure and accuracy in laser engineered net shaping of fe-cr steel. Optics & Laser Technology 106, 357–365 (2018). https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.04.015
Durejko, T, Zietala, M, Polkowski, W, Czujko, T: Thin wall tubes with fe3al/ss316l graded structure obtained by using laser engineered net shaping technology. Materials & Design 63, 766–774 (2014). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.07.011
de Lima, M.S.F., Sankaré, S.: Microstructure and mechanical behavior of laser additive manufactured aisi 316 stainless steel stringers. Materials & Design 55, 526–532 (2014). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.10.016
Yadollahi, A, Shamsaei, N, Thompson, SM, Seely, DW: Effects of process time interval and heat treatment on the mechanical and microstructural properties of direct laser deposited 316l stainless steel. Materials Science and Engineering: A 644, 171–183 (2015). https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.07.056
Zhai, Y, Lados, DA, Brown, EJ, Vigilante, GN: Fatigue crack growth behavior and microstructural mechanisms in ti-6al-4v manufactured by laser engineered net shaping. Int. J. Fatigue 93, 51–63 (2016). https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2016.08.009
Zhong, C, Gasser, A, Kittel, J, Wissenbach, K, Poprawe, R: Improvement of material performance of inconel 718 formed by high deposition-rate laser metal deposition. Materials & Design 98, 128–134 (2016). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.03.006
Zietala, M, Durejko, T, Polański, M, Kunce, I, Plociński, T, Zieliński, W, Lazińska, M, Stepniowski, W, Czujko, T, Kurzydlowski, KJ, Bojar, Z: The microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of 316l stainless steel fabricated using laser engineered net shaping. Materials Science and Engineering: A 677, 1–10 (2016). https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.09.028
Liu, Z, Kim, H, Liu, W, Cong, W, Jiang, Q, Zhang, H: Influence of energy density on macro/micro structures and mechanical properties of as-deposited inconel 718 parts fabricated by laser engineered net shaping. J. Manuf. Process. 42, 96–105 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.04.020
Shamsaei, N, Yadollahi, A, Bian, L, Thompson, SM: An overview of Direct Laser Deposition for additive manufacturing; part II: Mechanical behavior, process parameter optimization and control. Additive Manufacturing 8, 12–35 (2015). https://doi.org/10.1016/j.addma.2015.07.002
Nickel, AH, Barnett, DM, Prinz, FB: Thermal stresses and deposition patterns in layered manufacturing. Materials Science and Engineering: A 317 (1-2), 59–64 (2001). https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)01179-0
Kono, D, Yamaguchi, H, Oda, Y, Sakai, T: Stabilization of standoff distance by efficient and adaptive updating of layer height command in directed energy deposition, en, CIRP J. Manuf. Sci. Technol., S175558172030064X (2020)
Song, L, Bagavath-Singh, V, Dutta, B, Mazumder, J: Control of melt pool temperature and deposition height during direct metal deposition process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 58 (1-4), 247–256 (2012). https://doi.org/10.1007/s00170-011-3395-2
Donadello, S, Motta, M, Demir, AG, Previtali, B: Monitoring of laser metal deposition height by means of coaxial laser triangulation. Opt. Lasers Eng. 112, 136–144 (2019). https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2018.09.012
Ma, M, Wang, Z, Zeng, X: A comparison on metallurgical behaviors of 316L stainless steel by selective laser melting and laser cladding deposition. Materials Science and Engineering: A 685, 265–273 (2017). https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.12.112
Zheng, B, Zhou, Y, Smugeresky, JE, Schoenung, JM, Lavernia, EJ: Thermal behavior and microstructure evolution during laser deposition with laser-engineered net shaping: Part II. experimental investigation and discussion. Metall. and Mater. Trans. A. 39(9), 2237–2245 (2008). https://doi.org/10.1007/s11661-008-9566-6
Saboori, A, Aversa, A, Marchese, G, Biamino, S, Lombardi, M, Fino, P: Microstructure and mechanical properties of AISI 316L produced by Directed Energy Deposition-based additive manufacturing: A review. Appl. Sci. 10(9), 3310 (2020). https://doi.org/10.3390/app10093310
Tan, Z.E., Pang, J.H.L., Kaminski, J., Pepin, H.: Characterisation of porosity, density, and microstructure of directed energy deposited stainless steel AISI 316L. Additive Manufacturing 25, 286–296 (2019). https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.11.014
Ribeiro, K.S.B., Mariani, F.E., Coelho, R.T.: A study of different deposition strategies in Direct Energy Deposition (DED) processes. Procedia Manufacturing 48, 663–670 (2020). https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.05.158 (en)
Shim, D-S, Baek, G-Y, Seo, J-S, Shin, G-Y, Kim, K-P, Lee, K-Y: Effect of layer thickness setting on deposition characteristics in direct energy deposition (DED) process. Optics & Laser Technology 86, 69–78 (2016). https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2016.07.001 (en)
Fujishima, M, Oda, Y, Ashida, R, Takezawa, K, Kondo, M: Study on factors for pores and cladding shape in the deposition processes of Inconel 625 by the directed energy deposition (DED) method. CIRP J. Manuf. Sci. Technol. 19, 200–204 (2017). https://doi.org/10.1016/j.cirpj.2017.04.003 (en)
Terrassa, KL, Haley, JC, MacDonald, BE, Schoenung, JM: Reuse of powder feedstock for directed energy deposition. Powder Technol. 338, 819–829 (2018). https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.07.065 (en)