解析难熔合金激光熔化过程中的热梯度与凝固速度
应用物理
2024-11-12 v2 材料科学
摘要
金属增材制造（AM）工艺，如激光粉末床熔融（L-PBF），可生产具有独特几何形状和特征的高价值零件，大幅降低成本并提升性能。然而，L-PBF 工艺所得的材料性能对激光加工条件及熔池周围产生的动态温度场高度敏感。本研究开发了一种方法，利用帧率约 15,000 帧/秒（fps）的高速原位红外（IR）成像，测量难熔合金 C103 凝固过程中的热梯度、冷却速率和凝固速度。通过积分相机探测器波长范围内的热辐射，并考虑光学部件引起的信号衰减，将辐射强度图转换为温度图。采用一种简单方法，将液相线温度赋予通过非原位手段识别的熔池边界，从而获得温度与红外信号之间的标度关系。在不同激光加工条件下，以足够的时间分辨率解析了空间温度梯度（dT/dx）、加热/冷却速率（dT/dt）和凝固速度（R），并对所得微观结构进行分析，揭示了外延生长和形核晶粒生长。热数据显示，从熔池边缘到中心，温度梯度降低而凝固速度增加，可诱导从外延晶粒形态向等轴晶粒形态的转变，这与先前报道的柱状晶向等轴晶转变（CET）趋势一致。所提出的方法可降低增材制造中的不确定性和可变性，并指导金属合金增材制造过程中的微观结构控制。
引用
@article{arxiv.2410.22496,
title = {Resolving thermal gradients and solidification velocities during laser melting of a refractory alloy},
author = {Hyunggon Park and Kaitlyn M. Mullin and Vijay Kumar and Olivia A. Wander and Tresa M. Pollock and Yangying Zhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.22496},
year = {2024}
}