01
Abstrakt
Volfram oʻzining yuqori erish nuqtasi, yaxshi issiqlik oʻtkazuvchanligi va vodorodni past ushlab turishi tufayli yadroviy termoyadroviy reaktorlarda plazma{0}}yoʻnaltirilgan komponentlar uchun ideal material hisoblanadi. Biroq, uning o'ziga xos mo'rtligi va yuqori egiluvchan{2}}mo'rt o'tish harorati (DBTT) lazer bilan ishlov berish jarayonida yorilishlarga juda moyil bo'ladi. Bu, asosan, issiqlik stressi va don chegarasining zaiflashishiga olib keladigan juda yuqori sovutish tezligi va harorat gradienti bilan bog'liq. Yorilishni bostirishning mavjud usullari substratni oldindan qizdirish, nanopartikullarni qotishma va impulsli lazerlarni o'z ichiga oladi, ammo bu usullar kukun degradatsiyasi, kompozitsion o'zgarishlar yoki g'ovaklikning oshishi kabi cheklovlarga ega. So'nggi yillarda lazer nurlarini shakllantirish (masalan, halqa nurlari) yuqori quvvat zichligini kamaytirish, chuqur penetratsion payvandlashni issiqlik o'tkazuvchan payvandlashga aylantirish, harorat gradyanlari va sovutish tezligini samarali ravishda kamaytirish uchun ishlatilgan. Lazer nurlarining tebranishi erigan hovuzni qo'zg'atishi, issiqlik kirishini yanada homogenlashtirishi va teng o'qli don shakllanishiga yordam berishi mumkin. Ikkala usul ham termodinamik boshqaruvga asoslangan va bir-birini to'ldiruvchi mexanizmlarga ega. Ushbu maqola ularni oldindan qizdirmasdan yoki modifikatsiya qilmasdan-sof volframni takrorlanadigan yoriqsiz payvandlashga erishish uchun birlashtirishni taklif qiladi. Nur shakli va tebranish parametrlarining yoriqlar, erigan hovuz va mikro tuzilishga ta'siri tizimli ravishda o'rganilib, keyingi qo'shimchalar ishlab chiqarish uchun ma'lumotnoma beradi.
02
Umumiy koʻrinish
Ushbu tadqiqotda uchta lazer nuri shakli -Gauss nuri, halqa yadrosi taqsimoti (RC 80/20) va halqali nur-sof volfram yupqa plastinalarida turli tebranish parametrlari ostidagi bir martalik choklarning yorilish harakatlariga-tasiri tizimli ravishda taqqoslandi. Termofizik simulyatsiya, optik mikroskopiya tahlili va EBSD tavsifini birlashtirib, makroskopik yoriqlar statistikasi va erigan hovuz geometriyasidan mikroskopik don tuzilishigacha ko'p miqyosli tahlil o'tkazildi. Tajriba natijalari shuni ko'rsatadiki, Gauss nurlari o'zining haddan tashqari yuqori cho'qqi quvvati tufayli osongina chuqur va tor erigan hovuzni (chuqurlik-kenglik nisbati > 1) hosil qiladi, bu esa qattiq yorilishga olib keladi, yoriqlar bo'shligi atigi 36%. Bundan farqli o'laroq, halqali va RC 80/20 nurlari eng yuqori quvvat zichligini kamaytirish orqali eritilgan hovuzni kengaytiradi va sayoz qiladi, bu esa harorat gradientini va sovutish tezligini sezilarli darajada kamaytiradi. RC 80/20 nurining o'zi 80% yorilish-bo'lmasligi mumkin. Ushbu asosga asoslanib, lazer nurlarining tebranishini qo‘shish barcha nur turlarida yorilishni bostirdi, tomonlar nisbati odatda 1 dan pastga tushdi. RC 80/20 va tebranish kombinatsiyasi eng yaxshi natijani ko‘rsatdi va 55 parametr to‘plamida 91% yorilish{26}}bo‘sh tezligiga erishdi. Bundan tashqari, bu erigan hovuz ichida kattaroq teng o'qli kristallarning paydo bo'lishiga olib keldi, bu simulyatsiya qilingan sovutish tezligini 45% gacha kamaytirishga mos keladi. Yakuniy statistik tahlil shuni ko'rsatdiki, nurning shakli, lazer kuchi va skanerlash tezligi yoriqlar boshlanishiga ta'sir qiluvchi eng muhim parametrlar bo'lib, tebranish chastotasi va amplitudasi ushbu tadqiqot doirasida sezilarli ta'sir ko'rsatmagan. Bu shuni ko'rsatadiki, nurni shakllantirish va tebranishning birgalikdagi strategiyasi volframni oldindan qizdirmasdan yoki materialni o'zgartirmasdan-qayta takrorlanadigan yoriqsiz payvandlashga erishish mumkin.
03
Grafik tahlil
1-rasmning yuqori chap burchagidagi ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, bir xil nuqta diametri (202 mkm) va jarayon sharoitida, RC 80/20 nurining harorat gradienti G Gauss nuriga qaraganda ancha past, o'sish tezligi esa R biroz yuqori. Asosiysi, sovutish tezligini hisoblash natijasida yuqori o'ng burchak-RC 80/20 nurining sovutish tezligi bir xil diametrli Gauss nuriga nisbatan taxminan 40% ga kamayadi va halqali nur uchun taxminan 45% ga kamayadi. Quyidagi simulyatsiya qilingan eritilgan hovuz kesma- ham buni vizual tarzda aks ettiradi: shakllangan nurning eritilgan hovuzi kengroq va sayozroq. Bu maʼlumotlar toʻgʻridan-toʻgʻri toʻgʻridan-toʻgʻri toʻgʻridan-toʻgʻri tushuntirib beradi, nega nurni shakllantirish termal kuchlanishdan kelib chiqadigan yoriqlarni samarali tarzda kamaytirishi-va termodinamik nuqtai nazardan keyingi tajribalar uchun kuchli yordam beradi.
2-rasm Gauss nuriga mos keladi. Tebranishsiz, uzunlamasına yoriq butun payvandga kiradi. Biroq, tebranish qo'shilishi bilan, hatto shunga o'xshash chiziqli energiya zichligida ham, yoriq butunlay yo'qoladi. 3-rasm RC 80/20 nuriga mos keladi. Tebranishsiz, yuqori chiziqli energiya zichligida yoriq hali ham mavjud. Tebranish qo'shilishi bilan yoriq butunlay yo'q qilinadi. Bu nurning shakli qanday bo'lishidan qat'i nazar, tebranish yoriqlarni samarali ravishda bostirishi mumkinligini to'liq ko'rsatadi. Mexanizm shundan iboratki, nurning tebranishi erigan hovuzni qo'zg'atadi, bu esa issiqlik kiritishni yanada bir xil qiladi. Dastlabki tor va chuqur erigan hovuz sezilarli darajada kengayadi va chuqurlik{12}}e- nisbati 1 dan pastga tushadi. Payvandlash rejimi chuqur penetratsion payvandlashdan issiqlik o'tkazuvchan payvandlashga o'zgaradi va shu bilan termal stressni chiqaradi.
4-rasm mikrostruktura darajasida qayta ishlash strategiyasining ta'sirini aniqlaydi. Chap tomonda Gauss nurining o'rtacha donasi (93 mkm) atigi 10,2 mkm ekanligini ko'rsatadi; faqat RC 80/20 dan foydalanish (202 mkm) uni 14,3 mkm gacha oshiradi; va RC 80/20 tebranish bilan birlashganda, donalar yanada yiriklashadi, bu esa sovutish tezligining 45% ga kamayishi simulyatsiya natijasiga juda mos keladi. O'ng tarafdagi tomonlar nisbati ma'lumotlari shakllanish va tebranish kombinatsiyasining donalari teng o'qga yaqinroq (nisbat 1 ga yaqin), Gauss nurining donalari esa aniq ustunli (nisbat kattaroq) ekanligini ko'rsatadi. Yuqori nisbat va teng o'qli donalar sonining ko'pligi materialning mexanik xususiyatlarining ko'proq izotropligini va uning yoriqlar tarqalishiga qarshiligi kuchliroq ekanligini anglatadi, shuning uchun yoriqlar nima uchun mikrostruktura darajasida samarali tarzda bostirilishini tushuntiradi.
04
Xulosa
Ushbu tadqiqot lazer nurlarini shakllantirish va tebranishning birgalikdagi strategiyasi sof volframni oldindan qizdirmasdan yoki materialni modifikatsiya qilmasdan-qayta tiklanadigan yoriqsiz payvandlashga erishish mumkinligini tasdiqlaydi. Sinovdan o'tgan parametrlar orasida RC 80/20 halqali yadroli nur tebranish bilan birgalikda eng yaxshi natijalarni berdi va 91% yorilish-bo'sh darajasiga erishdi, bu Gauss nurining 36% dan sezilarli darajada yuqori. Bu kombinatsiya eng yuqori quvvat zichligini kamaytirish va eritilgan hovuzni aralashtirish, payvandlash rejimini issiqlik o'tkazuvchan{8}}payvandlashga aylantirish, sovutish tezligini 45% gacha kamaytirish va kattaroq teng o'qli kristallar hosil bo'lishini rag'batlantirish orqali yoriqlarni samarali tarzda bostiradi. Nur shakli, lazer kuchi va skanerlash tezligi asosiy ta'sir ko'rsatadigan parametrlardir, tebranish chastotasi va amplitudasi esa kam ta'sir qiladi. Kelgusi tadqiqotlar ushbu strategiyaning ko'p qatlamli, ko'p{13}}qatlamli laminatsiyada va haqiqiy PBF-LB/M ishlab chiqarishda qo'llanilishini yanada tekshirishi kerak.
