Tàthadh Leusair – Buaidh nam Paramadairean Crathaidh air Tàthadh Leusair de Chò-mheasan Alùmanaim ann am Modh Fàinne Atharrachail (ARM)

Tàthadh Leusair – Buaidh nam Paramadairean Crathaidh air Tàthadh Leusair de Chò-mheasan Alùmanaim ann am Modh Fàinne Atharrachail (ARM)

1. Geàrr-chunntas

Tha an sgrùdadh seo a’ sgrùdadh buaidh meud is tricead crith air càileachd an uachdair, macra-structaran is meanbh-structaran, agus porosity modh fàinne atharrachail (ARM)tàthaichte leusair oscillatingPlàtaichean alùmanaim A5083. Tha na toraidhean a’ sealltainn, le àrdachadh ann an leud agus tricead crith, gu bheil càileachd uachdar an tàthaidh air a leasachadh. Mar a bhios an leud ag àrdachadh, bidh earrann-tarsainn an tàthaidh ag atharrachadh bho chumadh “gobhlait” gu cumadh “corrain”. Tha mion-sgrùdadh meanbh-structarail a’ sealltainn nach eil meud gràin an tàthaidh a’ lùghdachadh le àrdachadh ann an leud agus tricead crith air sgàth a’ cho-fharpais eadar buaidh a’ ghluasad agus lùghdachadh an ìre fuarachaidh. Bidh porosity an tàthaidh a’ lùghdachadh le àrdachadh ann am paramadairean crith, a’ ruighinn porosity mu dheireadh de 0.22% nuair a tha an leud 2 mm. Tha tomagrafaireachd X-ghath trì-thaobhach a’ dearbhadh tuilleadh buaidh crith air sgaoileadh nam pores: bidh pores mòra buailteach a bhith a’ cruinneachadh air cùl an amar leaghte, agus tha pores beaga a’ sealltainn co-chothromachd nas fheàrr. Tha an rannsachadh seo a’ toirt seachad lèirsinn luachmhor airson paramadairean crith a bharrachadh gus tàthadh laser àrd-inbhe a choileanadh ann an tagraidhean alùmanaim A5083.

2 Eachdraidh Gnìomhachais

Tha buannachdan aig aloidhean alùmanum leithid cuideam aotrom, neart sònraichte àrd, agus deagh sheasamh an aghaidh creimeadh, agus tha iad air an cleachdadh gu farsaing ann an gnìomhachasan chàraichean, rèile àrd-astar, aerospace agus gnìomhachasan eile. Tha buannachdan àrd-èifeachdais, sòn beag teas-bhuaidh, agus deformachadh beag tàthaidh aig tàthadh leusair. Mar sin,Tha tàthadh leusair na dhòigh tàthaidh eaconamach a tha freagarrach airson pleitean tiugh, rud a dh’ fhaodadh an àireamh de shlighean tàthaidh a lùghdachadh gu mòr. Tha porosity na lochd mòr ann an tàthadh leusair de aloidhean alùmanum, a bheir buaidh mhòr air feartan meacanaigeach joints tàthaichte. Mar sin, chaidh sgrùdaidhean farsaing a dhèanamh gus cruthachadh porosity a lughdachadh agus a thoirt air falbh, a’ gabhail a-steach a bhith a’ leasachadh gas dìon, a’ cur an sàs teicneòlas dà-bhìom, a’ cleachdadh siostaman cumhachd leusair modulaichte, agus a’ gabhail ri dòighean beam crathaidh. Tha teicneòlas tàthaidh crathaidh leusair a’ seasamh a-mach airson a chomas buannachdan tàthaidh leusair a chur còmhla ris na feartan aige fhèin. Chan urrainn dha tàthadh crathaidh leusair a bhith a’ lughdachadh porosity a-mhàin ach cuideachd meanbh-structar an tàthaidh a leasachadh agus càileachd an tàthaidh a mheudachadh. Tha àireamh mhòr de sgrùdaidhean air fòcas a chuir sa mhòr-chuid air diofar thaobhan de thàthadh crathaidh leusair, a’ gabhail a-steach lughdachadh porosity, leasachadh cuairteachadh lùtha, leasachadh structar gràin, agus comharrachadh sruthadh leaghaidh anns an amar leaghaidh. Tha sgaoileadh lùth leusair a’ cluich pàirt chudromach ann an sgaoileadh teòthachd agus doimhneachd treòrachaidh tàthaidh leusair. Aig meud crathaidh sònraichte, le àrdachadh tricead sganaidh, bidh am pròiseas tàthaidh ag atharrachadh bho thàthadh treòrachaidh domhainn gu tàthadh neo-sheasmhach, agus mu dheireadh gu tàthadh giùlain teas. Tha na toraidhean a’ sealltainn gum faod àrdachadh ann an leud agus tricead sganaidh lùghdachadh a dhèanamh air porosity, ach cuideachd doimhneachd treòrachaidh an tàthaidh a lùghdachadh gu mòr, agus mar sin a’ lughdachadh feartan meacanaigeach an tàthaidh. Anns na bliadhnachan mu dheireadh, chaidh laser modh fàinne atharrachail (ARM) a leasachadh, a bhios a’ roinn lùth an laser ann an cridhe le dùmhlachd lùtha àrd agus fàinne le dùmhlachd lùtha ìosal, ag amas air an toll-iuchrach a dhèanamh seasmhach agus càileachd an tàthaidh a leasachadh. Tha luchd-rannsachaidh air tàthadh crathaidh laser ARM a chleachdadh gus aloidhean alùmanum àrd-neart 6xxx a thàthadh fo dhiofar cho-mheasan cumhachd cridhe/fàinne agus leudan crathaidh. Tha na toraidhean deuchainneach a’ sealltainn gur e am prìomh fhactar a tha a’ toirt buaidh air geoimeatraidh an tàthaidh leud an crathaidh, seach co-mheas cumhachd cridhe-fàinne. Ach, cha deach sgrùdadh a dhèanamh air sgaoileadh nam pores agus an dòigh-obrach casg aige fo chur-ris crathaidh agus laser ARM. Anns a’ phàipear seo, thathas a’ gabhail ri teicneòlas tàthaidh crathaidh laser ARM ùr gus porosity an tàthaidh a lùghdachadh, doimhneachd treòrachaidh nas àirde agus càileachd tàthaidh nas fheàrr fhaighinn. Tha sgrùdadh coileanta air sgaoileadh lùth laser, giùlan fiùghantach amar leaghte, agus meanbh-structar fo dhiofar triceadan agus leudan crathaidh air a dhèanamh.

3. Amasan agus Modhan-obrach Deuchainneach

Chaidh teicneòlas tàthaidh leusair cruinn a chleachdadh gus aloidhean alùmanaim a thàthadh. B’ e alùmanaim 5083-O am bun-stuth (BM) le tomhasan de 300mm × 100mm × 5mm (fad × leud × tiugh), agus tha a cho-dhèanamh ceimigeach air a shealltainn sa chlàr. Mus deach an tàthadh, chaidh na sampallan a lìomhadh gus am film ocsaid uachdar a thoirt air falbh, agus an uairsin an glanadh le acetone ann an amar ultrasonach airson 15 mionaidean gus ola uachdar a thoirt air falbh.siostam tàthaidh leusairTha e air a dhèanamh suas sa mhòr-chuid de inneal-fuadain Kuka, leusair diosc TruDisk 8001, agus sganair galvanoméadar 3D PFO. Chaidh an leusair diosc TruDisk 8001 a chleachdadh mar an stòr leusair modh fàinne atharrachail, le co-mheas cridhe/snàithleach fàinne de 100/400 μm agus cumhachd toraidh as àirde de 8 kW (tonn-fhad de 1030 nm, paramadair càileachd beam de 4.0 mm·rad). Tha am beam leusair air a dhèanamh suas de phàirt cridhe agus pàirt fàinne, far a bheil an leusair anns a’ phàirt chridhe meadhanach a’ gineadh toll-iuchrach (60% de lùth an leusair), agus tha an leusair anns a’ phàirt fàinne a’ dèanamh cinnteach à deagh chuairteachadh teòthachd (40% de lùth an leusair), mar a chithear ann am Figear (b). Tha faid fòcas an co-chruinneadair agus an lionsa fòcas 138 mm agus 450 mm, fa leth. Rè a’ phròiseis tàthaidh, chaidh camara àrd-astar Phantom V1840 agus stòr solais àrd-tricead Cavilux a chleachdadh gus sùil a chumail air a’ phròiseas tàthaidh ann an àm fìor, le astar losgaidh de 5000 fps agus ùine nochdaidh de 1 μs. Anns an sgrùdadh seo, tha slighe-luathachaidh crathadh a’ ghatha chruinn, slighe gluasad an leusair, agus an astar sa bhad air am mìneachadh mar a chithear san fhigear.

4 Toraidhean agus Deasbad

4.1 Feartan Morf-eòlas Tàthaidh Tha morf-eòlasan uachdar an tàthaidh fo dhiofar mhodhan crith-thonnaidh laser air an sealltainn san fhigear. Tha na toraidhean a’ sealltainn gu bheil uachdar an tàthaidh ann an tàthadh loidhne dhìreach àbhaisteach garbh (garbh-thonn de 78.01 μm), le droch leantainneachd de chrith-thonnaidhean an tàthaidh agus sgaoileadh neo-iomchaidh an tàthaidh. Chaidh cruthachadh neo-iomchaidh de thàthadh, frasadh mòr, agus fo-ghearradh fhaicinn cuideachd. Le àrdachadh ann an leud agus tricead crith-thonnaidh, tha lannan èisg dùmhail is èideadh air uachdar an tàthaidh. Tha garbh-thonn uachdar thàthaidhean le leudan crith-thonnaidh de 0.5 mm, 1 mm, agus 2 mm 80.71 μm, 49.63 μm, agus 31.12 μm, fa leth. Chan eil neo-riaghailteachdan no leudachaidhean ann air adhbhrachadh le frasadh. Tha na toraidhean a’ nochdadh gu bheil tricead crith-thonnaidh nas àirde a’ leantainn gu sruthadh amar leaghte nas cunbhalaiche, buaidh gluasad nas làidire den ghath laser, agus uachdar tàthaidh nas fheàrr. Gu bunaiteach, tha cumadh an tàthaidh laser co-cheangailte gu adhbharach ri gluasad a’ ghath laser. Rè tàthadh, bidh atharrachaidhean ann an leud agus tricead crith ag atharrachadh astar an tàthaidh, agus mar sin a’ toirt buaidh air dùmhlachd lùtha loidhneach agus cuir a-steach teas iomlan an leusair. Tha cruth-eòlas tarsainn an tàthaidh coltach ri “goblaid”, air a dhèanamh suas de dhà phàirt: is e am pàirt ìosal an “gas”, agus is e am pàirt uachdarach am “bobhla”. Tha doimhneachd an treòrachaidh agus an “gas” air am mìneachadh mar H1 agus H2, fa leth, agus tha leud an tàthaidh (“bobhla”) agus an “gas” air am mìneachadh mar W1 agus W2, fa leth. Bidh leud an tàthaidh W1 agus W2 ag àrdachadh gu co-shìnte ri àrdachadh leud crith, agus bidh cruth-eòlas an tàthaidh ag atharrachadh mean air mhean bho chumadh “goblaid” gu cumadh “corrain”. Nochdaidh an dùmhlachd lùtha leusair as àirde aig for-tharraing an turais. A’ dèanamh coimeas eadar Figearan (b, d) agus (c, e), chithear gun àrdaich àrdachadh tricead sganaidh raon for-tharraing an turais air feadh slighe an sganaidh, a’ dèanamh sgaoileadh lùth an leusair nas co-ionnan. Ach, leanaidh lùghdachadh an dùmhlachd lùtha as àirde gu lùghdachadh ann an doimhneachd an tàthaidh.

4.2 Giùlan Linne Leaghte Gus buaidh slighe an sganaidh air giùlan na linne leaghte a shoilleireachadh, chaidh siostam camara àrd-astar a chleachdadh gus pròiseas mean-fhàs na linne leaghte agus an toll-iuchrach fhaicinn. Tha Figear (a) a’ sealltainn pròiseas mean-fhàs na linne leaghte fo shlighe loidhne dhìreach. Tha figearan (bf) nan diagraman mean-fhàs den linne leaghte fo dhiofar pharaimeatairean crith. Le àrdachadh ann an tricead agus leud crith, bidh pàirt chùil na linne leaghte a’ fàs nas cruinne air sgàth leudachadh leud na linne leaghte. Mar a bhios fad na linne leaghte ag àrdachadh, bidh an luaineachd uachdar air adhbhrachadh le spreadhadh toll-iuchrach a’ lùghdachadh rè iomadachadh air ais. Mar sin, bidh am meatailt leaghte leaghte a’ cruadhachadh gu rèidh agus gu cunbhalach aig ceann chùil na linne leaghte, a’ cruthachadh lannan èisg tàthaidh aonfhoirmeil agus dùmhail. Tha am figear a’ sealltainn an atharrachadh ann an raon fosglaidh toll-iuchrach rè tàthadh leusair, a tha air a thoirt bho na h-ìomhaighean togail dhealbhan àrd-astar den linn leaghte. Mar a chithear ann am Figear (a), rè tàthadh loidhne dhìreach, tha meud fosglaidh toll-iuchrach a’ sealltainn luaineachdan follaiseach. Chaidh grunn eisimpleirean de dhùnadh toll-iuchrach (0 mm²) fhaicinn, le farsaingeachd fosglaidh toll-iuchrach cuibheasach de 0.47 mm². Faodaidh àrdachadh ann an leud crith cuideachd lughdachadh a dhèanamh air luaineachdan agus seasmhachd a leasachadh. Tha seo air sgàth ann an tàthadh crith, gu bheil cuibhreann nas motha de lùth air a sgaoileadh gu gach taobh. Mar sin, bidh an t-slighe a-mach air an toll-iuchrach a’ leudachadh, agus bidh leud crith ag àrdachadh, agus mar sin a’ meudachadh na sgìre fosglaidh. Bidh àrdachadh an leud a’ leudachadh raon gluasad beam an leusair, ag adhbhrachadh leudachadh radius gluasad cunbhalach an toll-iuchrach. Air sgàth slaodachd a’ mheatailt leaghte agus a’ chuideam hydrodynamic a tha ag obair faisg air balla an toll-iuchrach, bidh gluasad sruth cuartachaidh a’ tachairt anns an amar leaghte tàthaidh faisg air fosgladh an toll-iuchrach. Bidh leudachadh raon fosglaidh an toll-iuchrach a’ neartachadh a sheasmhachd, a’ seachnadh cruthachadh builgeanan, agus mar sin a’ cur bacadh mòr air porosity.

4.3 Meanbh-structar Tha an fhigear a’ sealltainn morf-eòlas EBSD earrann-tarsainn an tàthaidh fo dhiofar triceadan agus meudan crith. Faisg air loidhne leaghadh an tàthaidh laser, bidh gràinean dendrite colbhach a’ fàs a dh’ionnsaigh meadhan an tàthaidh. Mar a chithear ann am Figear (a), eadar roinnean a’ “bhobhla” agus an “gas”, chithear eadar-dhealachaidhean follaiseach ann an sgaoileadh gràinean colbhach. Tha gràinean colbhach air an sgaoileadh ann an cumadh U air balla a’ “bhobhla”, agus anns an roinn “gas”, tha gràinean colbhach air an sgaoileadh ann an cumadh U air feadh na loidhne leaghadh. Rè cruadhachadh an tàthaidh, bidh na gràinean a tha air an cruadhachadh gu ìre anns an raon leaghadh ag obair mar làraichean niùclasach airson aghaidh an t-solarachaidh agus bidh iad a’ fàs gu roghnach ceart-cheàrnach ri crìoch an amar leaghte air feadh stiùireadh a’ chlaon teòthachd as àirde. Tha an iongantas seo a’ tachairt leis gu bheil dùmhlachd cumhachd àrd an laser ag adhbhrachadh cus teasachadh taobh a-staigh an amar tàthaidh. Bidh an claonadh teirmeach nas àirde G agus an ìre fàis meadhanach R a’ dèanamh G/R nas motha na an stairsneach airson cruth-atharrachadh meanbh-structar, agus mar thoradh air sin bidh gràinean colbhach air an cruthachadh. Bidh an claonadh teòthachd G aig meadhan an tàthaidh a’ lùghdachadh, ag adhbhrachadh gum bi an co-mheas G/R a’ tuiteam mean air mhean fo stairsneach cruth-atharrachaidh meanbh-structair, ag atharrachadh gu gràinean co-ionann. Tha gràinean co-ionann suidhichte ann am pàirtean meadhanach an dà chuid den “bhobhla” agus an “gas”. Leis gu bheil “gas” an tàthaidh cumhang agus faisg air a’ bhun-stuth, bidh e a’ cruadhachadh gu tur ron roinn “bhobhla” rè fuarachadh. Bidh am pàirt “gas” cruaidhte ag obair mar làrach niùclasachaidh aig bonn a’ “bhobhla”, a’ brosnachadh fàs suas gràinean colbhach. Tha an fhigear a’ sealltainn nam pròiseasan tàthaidh loidhne dhìreach agus crathaidh. Tha e air a shealltainn gun àrdaich an t-atharrachadh leantainneach ann an suidheachadh beam an leusair ann an tàthadh crathaidh leusair fad an amar leaghte eadar-mheadhanach, ag ath-leaghadh a’ mheatailt a tha cruaidhte mu thràth, agus mar thoradh air sin bidh lùghdachadh ann an ìre fàis a’ ghràin r. Faodaidh seo leantainn gu lùghdachadh ann an G/R anns an raon gràin co-ionann as ìsle.

4.4 Sgaoileadh na Porachd Chaidh tomagrafaireachd X-ghath trì-thaobhach a chleachdadh gus sgrùdadh coileanta a dhèanamh air an tàthadh, a’ faighinn an sgaoileadh trì-thaobhach de phoirean san tàthadh, mar a chithear san fhigear. Tha porachd air a thomhas mar an tomhas-lìonaidh iomlan de phoirean air a roinn le tomhas-lìonaidh iomlan an tàthaidh. Le bhith a’ dèanamh coimeas eadar morf-eòlas agus sgaoileadh nam poirean ann an tàthaidhean crathaidh laser loidhne dhìreach agus tàthaidhean crathaidh laser cruinn, lorgar gu bheil barrachd phoirean meud-mhòr ann an tàthaidhean crathaidh laser loidhne dhìreach, le porachd de 2.49%, a tha gu math nas àirde na porachd chruinn.tàthaidhean crathadh leusairLe bhith a’ dèanamh coimeas eadar Figearan (b, c) agus (d, e), chithear gu bheil àrdachadh tricead an luain a’ cuideachadh le bhith a’ cur casg air cruthachadh phòran. Ma choimeasas tu Figearan (b, d) agus (c, e), chithear gu bheil àrdachadh ann an leud an luain cuideachd a’ cluich pàirt chudromach ann a bhith a’ cur casg air cruthachadh phòran. Nuair a thèid leud an luain a mheudachadh tuilleadh gu 2 mm (Figear (f)), thèid an tòrachd a lùghdachadh tuilleadh gu 0.22%, a’ fàgail dìreach pòran beaga le tomhas-lìonaidh. Tha am figear a’ sealltainn sgaoileadh farsaingeachd nam pòran aig diofar astaran bhon loidhne-mheadhain tàthaidh, a’ riochdachadh an tòrachd stèidhichte air meud farsaingeachd nam pòran. Airson tàthadh loidhne dhìreach, tha farsaingeachd nam pòran air a sgaoileadh gu co-chothromach air feadh loidhne-mheadhain an tàthaidh, agus mean air mhean bidh e a’ lùghdachadh le àrdachadh an astair bhon loidhne-mheadhain tàthaidh. Tha na toraidhean a’ sealltainn gu bheil pòran air an adhbhrachadh le toll-iuchrach air an dùmhlachadh sa mhòr-chuid air cùl 后壁 an amar leaghte aig loidhne-mheadhain an tàthaidh. Airson tàthadh luaineach leusair, bidh co-chothromachd sgaoileadh nam pòran a’ fàs nas laige. Tha an fhigear a’ sealltainn farsaingeachd nam pores aig diofar astaran bhon uachdar tàthaidh, far a bheil an loidhne dhearg a’ riochdachadh na crìche eadar roinnean a’ “bhobhla” agus an “gas”. A thaobh pores mòra ceannasach (Figearan (ac)), tha farsaingeachd nam pores os cionn na crìche a’ dèanamh suas còrr air 85%. Tha seo air sgàth gu bheil an t-atharrachadh cumadh aig a’ chrìoch fhada iuditiùdail nas dualtaiche builgeanan a ghlacadh anns an amar tàthaidh, agus tha na builgeanan glaiste buailteach gluasad suas fo bhuaidh fleòdraidh. A thaobh pores beaga ceannasach (Figearan (df)), tha na pores dùmhail san sgìre taobh a-staigh 0.5 mm fon loidhne crìche. Is dòcha gur e an ùine fuarachaidh ghoirid agus an gluasad beag suas na h-adhbharan airson an iongantas seo.

5 Co-dhùnaidhean

(1) Tha buaidhean follaiseach aig diofar mhodhan crathadh leusair air uachdar an tàthaidh. Faodaidh meud is tricead nas àirde càileachd an uachdair a leasachadh, agus faodaidh paramadairean crathadh ro mhòr garbh-chruth a mheudachadh agus lochdan concave adhbhrachadh.

(2) Tha cruth an tàthaidh air a dhearbhadh sa mhòr-chuid le paramadairean crathadh an leusair, a bheir buaidh air astar an tàthaidh, sgaoileadh lùtha, agus cuir a-steach teas iomlan. Le àrdachadh ann an leud a’ chrathadh, bidh morf-eòlas an tàthaidh ag atharrachadh bho “chuach” gu “corran”, agus tha an co-mheas taobh a’ lùghdachadh.

(3) Le àrdachadh ann an leud agus tricead an luain, bidh an amar leaghte a’ fàs nas leatha agus bidh am pàirt chùil a’ fàs cruinn. Bidh buaidh an luain a’ meudachadh fad an amar leaghte, rud a tha buannachdail airson teicheadh ​​bho builgeanan agus cruadhachadh cunbhalach. Rè tàthadh loidhne dhìreach, bidh farsaingeachd fosglaidh an toll-iuchrach ag atharrachadh; gu coimeasach, faodar an atharrachadh seo a lùghdachadh, a’ leasachadh seasmhachd an tàthaidh.

(4) Bidh àrdachadh ann an leud agus tricead crith a’ lughdachadh an dà chuid an ìre teas agus an ìre fàis, rud a tha buannachdail do chruthachadh meudan mòra gràin. Ach, tha buaidh gluasad an leusair a’ cuideachadh le bhith a’ mìneachadh meud a’ ghràin agus a’ leasachadh neart an inneach. Fo dhiofar pharaimeatairean leusair, tha cruas an tàthaidh fhathast seasmhach, beagan nas ìsle na cruas an stuth bunaiteach, agus is dòcha gur ann mar thoradh air call falmhachaidh magnesium.

(5) Tha tomagrafaireachd X-ghath trì-thaobhach a’ sealltainn gu bheil porosity nas àirde (2.49%) agus meud pore nas motha aig tàthadh loidhne dhìreach na tha aig tàthadh crathaidh. Faodaidh àrdachadh paramadairean crathaidh porosity a lùghdachadh gu mòr, eadhon a’ ruighinn 0.22% nuair a tha an leud 2 mm. Bidh sgaoileadh farsaingeachd nam pores ag atharrachadh le crathaidh: bidh pores mòra a’ cruinneachadh air cùl an amar leaghte, agus tha co-chothromachd nas fheàrr aig pores beaga. Tha pores mòra air an sgaoileadh sa mhòr-chuid os cionn na crìche eadar roinnean a’ “bhobhla” agus an “gas”, agus tha pores beaga air an dùmhlachadh fon chrìoch.