一组研究人员最近在《期刊》上发表了一篇论文科学报告这研究了通过实验分析和数值建模研究了定向能量沉积的316低碳不锈钢（SS316L）-Inconel 718（IN718）（SS316L-IN718）的微观可打印性。
学习：定向能量沉积SS316L-IN718多物质的可打印性和微观结构：数值建模和实验分析。图片来源：gorodenkoff/shutterstock.com
背景
多物质结构在现代工程科学中起着至关重要的作用。欧洲杯线上买球添加剂制造（AM）技术的开发消除了传统制造方法的几个局限性，并极大地促进了多物质的研究和开发。欧洲杯足球竞彩
AM Technology具有独特的优势，包括高级定制，成本效益的小规模生产以及集成的近网状形状复杂零件的单步生产。
（（A）单层沉积（mm）的几何形状。根据实验评估中获得的结果，认为沉积厚度为0.8 mm。（（b）双椭圆形热源模型及其参数。图片来源：Ghanavati，R等人，科学报告
金属AM工艺，例如粉末床融合（PBF）和定向的能量沉积（DED），已获得多种物质制造的显着普及。与PBF相比，DED由于其在处理阶段改变化学组成方面的灵活性而受到了更多的关注。
根据构建策略和基于合金类型的镍，铁和钛合金，可以将实行的金欧洲杯足球竞彩属多材料分为杂种，功能分级和双金属材料。
不锈钢/基于镍的超级合金多物质在关键能源行业中广泛使用，因为它们可以通过保持成本绩效的余额来欧洲杯足球竞彩满足服务要求。近年来，已经对这种类型的多物质进行了几项研究。
大多数研究都集中在对材料范式/特性，微结构和不锈钢/基于不锈钢/镍基超合金的单一方面的实验评估上。欧洲杯足球竞彩
但是，对微结构 - 统计 - AM的所有相互关联方面的全面理解以及在多材料的AM期间预测它们的可能性可能会导致发展增强的框架以控制这些方面。欧洲杯足球竞彩
数值方法可以通过减少不同实验所需的成本和时间来帮助平稳实现框架。
研究
在这项研究中，研究人员通过数值建模和实验评估调查了定向能量沉积的SS316L-IN718多物质的定向能量中的AM-微晶结构的相互关联方面。
他们使用有限元建模使用可打印性的概念来评估使用DED方法的SS316L-IN718多物质处理挑战。研究人员还使用凝固原理来研究微观结构的特征并估计多物质特性。进行了实验研究以分析和验证数值结果。
用于最终模型的网格系统（14层结构）。图片来源：Ghanavati，R等人，科学报告
数值建模
有限元方法（FEM）用于在多物质结构制造过程中用于传热建模的数值模型。该结构由七个IN718合金层和七个SS316L合金层组成。
沉积的层表面被认为是平坦的，以简化。最初，对单层沉积几何形状进行了建模，然后使用元素出生和死亡技术重复后续层的建模程序。
由于在AM过程中必须在横截面和使用激光传导模式下，使用了双椭圆形功率密度分布来对激光源进行建模激光源。
使用Abaqusv。6.14FEM软件解决了管理传热方程。该建模总共使用了226,820个节点和191,808个元素。此外，使用ABAQUS用户子例程DFlux基于双椭圆形分布模型，将激光热通量作为时间和位置应用。
实验评估
IN718和SS316L气体粉末分别为70 µm和110 µm平均直径和40×40×5 mm SS316L底物作为原材料。欧洲杯足球竞彩
带有计算机数值控制（CNC）桌的DED AM机器，带有三个自由度，屏蔽和载体氩气，双粉末进料器，四通道喷嘴与激光束结合粉末和一个KW连续波纤维激光激光使用一个毫米的斑点直径和1080 nm波长来制备多物质标本。
多物质结构是作为单向薄壁制备的，该壁由七个In718和SS316L层组成。使用嵌入下方和沉积路径中间的K型热电偶记录多物质结构制造的热历史，以验证FE模型。
扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜用于研究显微结构，而ImageJ软件则用于量化微观结构特征。带有X射线配色能谱的SEM用于对微结构的半定量评估。此外，使用Vickers Microhardness测试仪来测量构建方向上的硬度变化。
观察
多物质可打印性分析表明，由于热量积累而导致的沉积层数量增加，组成变化缺陷和失真增加。然而，由于通过SS316L底物有效损失热量，在最初沉积的层中观察到缺乏融合。
IN718部分，3.95×10-3由于基本材料的热物理特性的差异导致较大的熔体池的形成，因此最后一层的最大热应变对失真更为敏感。欧洲杯足球竞彩
SS316L截面在初始层中具有更有效的热量损失，而在第六层中的0.9％的锰元件蒸发量超过0.9％更容易受到缺乏融合和组成变化的影响。
尽管由于冷却速率降低和底层冷却水平的增加而形成了DED过程的更粗凝结结构，但Eutectic反应L→Gamma矩阵相（γ）+LAVES+LAVES在IN718部分中导致了形成与SS316L截面中的细胞微结构相比，在8-14层中的树突微观结构较细。
通过将温度梯度/固化速率比将近55 K s/mm降低，将IN718截面的树突状固化与SS316L截面的细胞固化分离2并增加具有低分布系数的合金元素的含量。但是，由于局部梯度温度高，在相邻层界面上观察到了极其狭窄的平面凝固模式。
沿多物质结构的横截面的微硬度变化。图片来源：Ghanavati，R等人，科学报告
由于多材料构建方向的冷却速率降低，由于在树突状/细胞间区域的非平衡固化而形成的二级相的比例，包括IN718中的LAV和SS316L中的三角洲铁氧体。
此外，在构建方向上对硬度的测量和预测表明，由于存在熔岩间的金属相和基质的增强的屈服强度，IN718部分具有相当于260 HV0.3的最高硬度。然而，在每个多物质部分中都观察到硬度的变化，由于次级加固和微观结构变厚，层的数量增加。
总而言之，这项研究全面评估了沉积在SS316L-IN718多物质的定向能量中AM-Microscructure-Property的相互关联方面，这可以帮助预测AM在AM期间的这些类型和其他类型的多材料。欧洲杯足球竞彩
来源
Ghanavati，R.，Naffakh-Moosavy，H.，Moradi，M。等。定向能量沉积SS316L-IN718多物质的可打印性和微观结构：数值建模和实验分析。科学报告2022。https://www.nature.com/欧洲杯猜球平台articles/S41598-022-21077-8
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