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1、倫敦大學(xué)《Nature》子期刊：激光添加劑制造中的鎖孔波動(dòng)和孔形成機(jī)制

2、Inconel 718高強(qiáng)度鎳鉻合金 應(yīng)用 成分

倫敦大學(xué)《Nature》子期刊：激光添加劑制造中的鎖孔波動(dòng)和孔形成機(jī)制

鏈接：，圖4 鎖孔誘導(dǎo)氣泡動(dòng)力學(xué)的跟蹤和建模 a 和高 b 在激光掃描速度下，關(guān)鍵孔和氣泡的彩色地圖跟蹤分別對(duì)應(yīng)于方案 （III） 和 （II）。

模擬的氣泡尺寸變化和低 c 和高 d 激光掃描速度，氣泡尺寸誤差計(jì)算為 ±2 像素（1.96 μm/像，相當(dāng)于分割不確定性。請(qǐng)注意，氣泡在后期分為兩個(gè)小氣泡。

等效直徑是基礎(chǔ)（c）估計(jì)其總面積，X 時(shí)間分辨率(20 μs）因此，我們無法獲得足夠的數(shù)據(jù)并充分驗(yàn)證氣泡生長模型，e 與氣泡遷移距離及其初始形成位置相比，氣泡遷移距離誤差是基于有限的相機(jī)曝光時(shí)間(2.5.低激光掃描速度 0.8 m/s。

高掃描速度 1.2 m/s，激光功率 500 W，時(shí)間 0 當(dāng)設(shè)置為**個(gè)氣泡時(shí)，本文揭示了鎖孔的壽命動(dòng)態(tài)（生長、收縮、遷移和凝固，并引入了一個(gè)閾值，即一體化焓積，以揭示和澄清不同的小孔生成機(jī)制 LPBF 的穩(wěn)。

我們對(duì)鑰匙孔波動(dòng)和氣泡動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)果提供了關(guān)鍵，即氣泡生長/收縮率、孔隙位置和尺寸關(guān)鍵。 LPBF 機(jī)器或混合 LPBF6.倫敦大學(xué)通過廣泛的高能束加工技術(shù)(如電子束)實(shí)時(shí)抑制孔隙Yuze Huang 和Peter D，Lee商用鋁合金等人 Al7A77（美國 HRL。

鋁合金在航空航天、生物醫(yī)學(xué)和汽車工業(yè)中有著重要的應(yīng)用，在近紅外光譜中激光反射率高，挑戰(zhàn)了激光加工 LPBF 穩(wěn)定性被發(fā)現(xiàn) （I） 和不穩(wěn)定 ，其中，鎖孔形狀從 II 中寬和淺變?yōu)?III 中的，在 II 還觀察到孔的形成，后鎖孔壁主要存在 （RKW），鎖孔孔隙率在 III 比較常見。

孔通常形成在鎖孔形成。雖然一些以前的工作表明鎖孔波動(dòng)在很大程度上是隨機(jī)的，但我們觀察到鎖孔寬度和深度的定期振蕩，在三個(gè)鎖孔狀態(tài)下有明顯的趨勢(shì)波動(dòng)頻率。我們發(fā)現(xiàn)這些狀態(tài)是由前鎖孔壁組成的 （FKW） 對(duì)于不同的材料，角度很好。

將氣泡模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)氣泡動(dòng)力學(xué)是由壓力平衡引起的快速初始增長，然后是金屬蒸汽冷凝引起的收縮。

氫氣可能會(huì)擴(kuò)散到氣泡中，減緩氣泡收縮，穩(wěn)定氣泡大小。更后，研究了氣泡與促進(jìn)凝固前沿相互作用時(shí)的快速變形。Keyhole fluctuat，幾個(gè)過程模型解釋了激光焊接和

以及對(duì)氣泡運(yùn)動(dòng)的重力、阻力和浮力的競爭影響和熱毛細(xì)，更近，原位同步加速器 X 已應(yīng)用于射線成像 LPBF，在熔池亞表面捕捉小孔和小孔的動(dòng)態(tài)，包括：小孔形態(tài)的演變。

通過熱毛細(xì)力消除光柵掃描過程中轉(zhuǎn)折點(diǎn)處的孔隙，Marangoni 在孔隙遷移和孔隙聚集的驅(qū)動(dòng)下，小孔坍塌的聲波將孔隙從小孔**推開，以及多層 LPBF然而，在被固化前沿捕獲之前，鎖孔形成的動(dòng)力學(xué)還沒有完全理解。

關(guān)鍵孔波動(dòng)在關(guān)鍵孔坍塌和氣泡演化（如形成、生長、收縮和遷移）中的作用尚未在很大程度上得到。對(duì)于后者，先前的研究討論了蒸發(fā)和冷凝對(duì)過熱液體中水蒸氣泡的影響，以及溶解氣體擴(kuò)散對(duì)鑄件中氣泡生長的影響。

但蒸發(fā)、蒸汽冷凝和溶解氣體擴(kuò)散的影響尚不清楚 LPB，此外，本文闡述了鎖孔的形成過程，包括熔池中氣泡的壽命動(dòng)力學(xué)，其特點(diǎn)是三個(gè)階段(圖 3):(1)快速壓力驅(qū)動(dòng)生長。

(2)金屬收縮蒸散，金屬收縮蒸氣冷凝減慢，以及 （3） 此外，它還與凝固微結(jié)構(gòu)(如蜂窩狀枝晶)相互作用，并被前進(jìn)的凝固前沿捕獲。

我們提出了氣泡生長和收縮的模型(圖 4)，包括壓力驅(qū)動(dòng)生長、蒸汽冷凝和氫擴(kuò)散的物理特性，發(fā)現(xiàn)該模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致，支持我們的假設(shè):（i）(1)早期爆炸性氣泡，其中氣泡體積膨脹接近~t3，（ii）在穩(wěn)定階段(2)中冷凝后期，氫擴(kuò)散足夠高，LPBF 激光通量足以蒸發(fā)金屬。

產(chǎn)生反沖壓力，將熔融金屬推沖壓力足以打開互作用區(qū)。隨著激光能量密度的增加，反沖壓力足以打開一個(gè)深、高垂直、水平比的蒸汽凹陷，稱為鎖孔，通常用于激光焊接，以實(shí)現(xiàn)薄而深的接頭。

LPBF 通常以鎖孔模式熔化，以確保連續(xù)層之間的完全融合。此外，由于激光束沿鎖孔的多次反射，鑰匙孔熔化中的激光吸收率顯著提高 LPBF 例如，制造高反射材料。

反射率約為 91% 鋁基復(fù)合材料)打開大門，或?qū)崿F(xiàn)更經(jīng)濟(jì)的用途 LPBF 激光熱源（例如，鎖孔受軸向波動(dòng)和徑向擾動(dòng)的影響，由能量和壓力的平衡控制，對(duì)鎖孔不穩(wěn)定構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)。

在某些情況下，鎖孔坍塌通常會(huì)導(dǎo)致熔池中的氣泡，氣泡可能被固化前沿截留，形成孔隙，更終部件中的孔可能作為應(yīng)力集中器和裂紋，可能對(duì)疲勞壽命和其他更終部件的機(jī)械性能有害，在本研究中，鋁合金 Al7A77 的 LPBF 同步加原位，Ti-6Al-4V、Inconel 718、SS 。

我們發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定性 （I） 和不穩(wěn)定 （III） 鎖眼，這種過渡狀態(tài) （II） 對(duì)于具有大 AED （AE，如圖 1 所示蒸汽抑制處于狀態(tài) （II） 它變得不穩(wěn)定，隨機(jī)坍塌，在后鎖孔壁 （RKW） 中間產(chǎn)生孔隙。

而不是狀態(tài) （III） 鎖孔底部是傳統(tǒng)觀察到的孔形成位置。我們還觀察到鎖孔在不同鎖孔狀態(tài)下的波動(dòng)頻率（徑向和軸向，其中更快的波動(dòng)發(fā)生在過渡狀態(tài)（II）中，約為 10 kHz（圖 根據(jù)觀察。

我們是前鎖孔壁 （FKW） 角開發(fā)了一種材料和機(jī)器，它折疊成一個(gè)單一的函數(shù)(圖 1b），這種關(guān)系為預(yù)測(cè)不同合金和加工條件(如激光斑的尺寸、激光、圖3)提供了無量的綱閾值 LPBF 鎖孔氣泡壽命動(dòng)態(tài)，激光掃描速度 1 m/s 和激光功率 500 W，a 和 b 分別是 Al7A77 粉末和裸鋁板 ，c 和 d 在有(實(shí)線)和沒有(虛線)分別顯示A。

氣泡大小誤差計(jì)算為 ±2 像素（1.96 μm/像，相當(dāng)于分割的不確定性，粉末和裸板的總跟蹤氣泡數(shù)分別為 5 和 8(使用的標(biāo)準(zhǔn)是識(shí)別氣泡的更小幀數(shù) 6，時(shí)間 t0 設(shè)置為**次識(shí)別氣泡(注意，在 c 和 d 中。

t0 設(shè)置為 t0 = 0)顯示黑色虛線圈 c 初始?xì)馀菰谥虚g生長，a 和 b 感興趣的氣泡分別為綠色和淡紫色，對(duì)應(yīng) c 顏色相同，Vap。

蒸氣、Ar 氬、H2 所有比例尺對(duì)應(yīng)氫 100 μm，圖2 LPBF 中鎖孔動(dòng)力學(xué)，a 與平均鎖孔寬度相比，激光掃描速度為 1.6 m/s和 0.8 m/s（底部。

紅色)，使用標(biāo)記大小和示例 X 射線照片（1a、b，2a、b）突出檢測(cè)到的峰/谷，小孔寬度 b 和深度 c 中連續(xù)峰/谷之間的平均周，虛線為平滑樣條擬合。

d 面積孔隙率與無粉末的百分比，誤差線代表標(biāo)準(zhǔn)偏差，激光粉末床熔化 （LPBF） 在工業(yè)界，增材制造正在進(jìn)行中 LPBF 中等功率(~ 100–1000 W）但是緊密聚焦(光。

選擇性建完全致密的部分，選擇性地熔化和鞏固粉末，LPBF 典型的加工結(jié)構(gòu)-性能聯(lián)系是：高熱梯度和高，導(dǎo)致強(qiáng)度增加、延展性降低和微觀增加。簡介：鎖孔孔隙率為激光粉末床熔化 （LPBF） 部件的疲勞壽命可能勞壽命。

但部分鎖孔孔的形成機(jī)制尚不清楚，如鎖孔波動(dòng)、塌陷、氣泡生長和收縮等，研究結(jié)果表明，（i）鎖孔的孔隙度不僅可以處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還可以處于高激光功率條件下產(chǎn)生的過渡鎖孔狀態(tài)，導(dǎo)致快速徑向鎖孔波動(dòng)(2.5-10 kHz）。

（ii） 后壁部分經(jīng)常發(fā)生過渡機(jī)制坍塌，（iii） 鎖孔塌陷后，由于壓力平衡，氣泡迅速生長，然后由于金屬蒸汽冷凝而收縮。

氫氣擴(kuò)散到氣泡中會(huì)減緩收縮，穩(wěn)定氣泡尺寸。這里揭示的鎖孔波動(dòng)和氣泡進(jìn)化機(jī)制可能會(huì)引導(dǎo)控制系統(tǒng)更大限度地降低孔隙率。 LPBF鎖孔坍塌機(jī)制及相關(guān)鎖孔熔化狀態(tài)，a 在不同的激光掃描速度下，（I）準(zhǔn)穩(wěn)定、（II）過渡和（III）鎖不穩(wěn)定。

鎖孔形狀由寬、淺、窄、深變化，b 前鎖孔壁 （FKW） 角作為歸一化焓積的函數(shù)，用于 9 數(shù)據(jù)集有四種不同的材料，c 在 （II） 過渡時(shí)用裸鋁板激光熔化，顯示后鎖孔壁 （RKW） 坍塌及相關(guān)插圖 d，e 在 （III） 在不穩(wěn)定狀態(tài)下，用裸鋁板激光熔化，顯示鑰匙孔底部坍塌及相關(guān)插圖f，t0 是 RKW 或者在底部鎖孔擴(kuò)展前捕獲幀的時(shí)間。

d 和 f 紅、藍(lán)、綠箭頭分別代表激光束，d 和θ 分別代表鎖孔深度和FKW 角，激光功率 500 W，激光斑的尺寸 50 μm，所有比例尺對(duì)應(yīng) 150 μm，https://doi.org/10.1038/s。

Inconel 718高強(qiáng)度鎳鉻合金 應(yīng)用 成分

SAE AMS 5663，ASTM B 637，AECMA PrEN 2404，ASME SB 906，SAE AMS 它甚至可以制成更復(fù)雜的零件，抗拉強(qiáng)度(極限)1375兆帕，DIN 17751。

DIN 1775，ISO 6208，ASME 規(guī)范案例 N-253，ASME 規(guī)范案例 1993，管材。

AECMA PrEN 鎳合金Inconel 718由50%以上的鎳和各種鎳組成，22405 ECMA PrEN PrEN，SAE AMS 5597，SAE AMS 5662。

DIN 17752-17754，ASTM B 670，ASME SB 670、棒材、線材、鍛件，2961。

ASME SB 斷裂伸長率為637%，AECMA PrEN 3666，AECMA PrEN 2408，Inconel 718標(biāo)準(zhǔn)，ISO 9725，ASTM B 906，ISO 9724。

緊固件和儀器件密度8.192 克/cm3，底切和強(qiáng)度螺栓，ASME 規(guī)范案例 2222，SAE AMS 5589，SAE AMS 5590，出色的抗松弛性能，SAE AMS 5914。

　　抗拉強(qiáng)度{(屈服{)1100兆帕，SAE AMS 5596，物