Analisi della ramificazione laterale nello sviluppo di microstrutture durante la fusione laser a letto di polvere
I ricercatori stanno approfondendo l’analisi delle tecniche di fusione laser a letto di polvere, recentemente pubblicando i loro risultati in ” Il ruolo della ramificazione laterale nello sviluppo di microstrutture nella fusione laser a letto di polvere “. Poiché la produzione di parti industriali attraverso la stampa 3D e i processi di produzione additiva diventano fondamentali per un numero crescente di applicazioni oggi, sono necessarie microstrutture adeguate per parti di qualità.
Sebbene la stampa 3D esista dagli anni ’80 , è ancora una tecnologia relativamente nuova, e soprattutto per il mainstream. I vantaggi abbondano, ma anche una varietà di sfide. Mentre la porosità è un problema di studio in corso, qui gli autori affrontano la crescita epitassiale dei cristalli e il modo in cui influenza lo sviluppo delle microstrutture.
Nello studio della microstruttura di solidificazione, i ricercatori hanno valutato i parametri termici per comprendere meglio quali tipi di meccanismi sono alla base dello sviluppo di microstrutture, in particolare in determinate aree dei pool di fusione. Durante la loro ricerca, gli autori hanno scoperto che la diffrazione dei raggi X ha rivelato due leghe costituite da una fase cubica centrata sulla faccia (FCC), sia nella “polvere ricevuta” che nelle build LPBF.
“Poiché le cellule possono essere viste solo dopo l’attacco chimico, la superficie ondulata risulta dalla perturbazione chimica. Ciò indica che sebbene l’elevata velocità di raffreddamento possa impedire la formazione di bracci secondari, vi sono ancora instabilità dell’interfaccia solido-liquido nella direzione ortogonale alla direzione di crescita primaria “, hanno spiegato i ricercatori. “La presenza di tali instabilità laterali indica che le cellule sono in transizione dalla crescita cellulare a quella dendritica”.
Microstruttura di solidificazione in un binario singolo e in una costruzione multistrato di HEA. una mappa della figura polare inversa EBSD (IPF) lungo la direzione di costruzione (BD) eb immagine elettronica secondaria delle celle in una singola traccia di HEA. c Celle in regioni molto lontane dall’interfaccia build / substrate. d – f Microstruttura di solidificazione in 316L fabbricata da un Renishaw: d Cellule in un pool di fusione di 316L, e e f Sezioni trasversali e longitudinali di un dominio cellulare all’interno di un pool di fusione, rispettivamente. Nota: le figure aeb sono state riutilizzate dal rif. 13 ai sensi della Creative Commons Attribution License (CC BY).
Per quanto riguarda gli impatti causati dalla porosità, i ricercatori hanno notato che il cambiamento nella scala della lunghezza era il risultato dell’elevata velocità di raffreddamento dopo il deposito di un nuovo pool di fusione, con il raffinamento delle cellule trovato nelle linee di fusione tra due sfere di saldatura ben consolidate e una mancanza di pori.
Microstruttura di porosità e solidificazione in AM 316L. un poro del buco della serratura. b Strati di cellule fini in una regione contenente un poro di gas intrappolato sferico fine. c Microstruttura di solidificazione che circonda un poro privo di fusione. d Area di ingrandimento nella parte superiore centrale di c che mostra un netto cambiamento nella spaziatura delle celle. e Il raffinamento delle cellule si è verificato due volte in due linee di fusione consecutive.
“La simulazione FEA conferma che i pool di fusione adiacenti formano effettivamente un pool di fusione pseudo-continuo sulla scala della lunghezza di circa 1 mm sebbene la modulazione del raggio laser causi un diverso profilo del pool di fusione nei transitori tra i punti di fusione (Film supplementari 1 contro 2), “Hanno dichiarato i ricercatori.
“Inoltre, i meccanismi sottostanti visti nell’acciaio 316L sono stati osservati anche nell’HEA, ad esempio la continua crescita lungo la linea centrale e la frequente ramificazione laterale sui lati delle piscine di fusione provocano anche due serie di grani sottili e grani larghi colonnari in l’HEA, rispettivamente. “
Gli sviluppi della microstruttura dovuti alla crescita continua e alla ramificazione laterale in AM 316L. una crescita continua di cellule in un dominio snello (evidenziato da una freccia nera) lungo la linea centrale attraverso i pool di fusione nella scansione bidirezionale senza rotazione. b – d La ramificazione laterale si è verificata frequentemente ai lati dei pool di fusione osservati in tutte le strategie di scansione. b Le cellule in (3) sono cresciute epitassialmente da quelle in (2) che sono cresciute dalle cellule in (1), e c è una corrispondente figura polare inversa lungo TD1 della regione in a. d La ramificazione laterale delle cellule si è verificata al limite della fusione. e Crescita continua e sidebranching (regione 1) e suddivisione in punta (regioni 1 e 2). Nota: l’acciaio 316L è stato fabbricato dal raggio laser modulato (Renishaw) e dal raggio laser ad onda continua e-f (Concept Laser); le linee tratteggiate in bec rappresentano il limite del pool di fusione;
Crescita elicoidale di grani nella lega ad alta entropia fabbricata con una strategia di scansione della scacchiera. una mappa IPF-BD di una sezione lungo BD di HEA costruita dal modello a scacchiera con una rotazione di 67 ° per ogni strato successivo (inserto in basso a sinistra). Un granello dell’orientamento (mostrato nel cubo destro) è stato in grado di attraversare diversi pool di fusione negli stessi livelli e su più livelli (le linee nere tratteggiate evidenziano i confini di alcune piscine di fusione). b Vista dall’alto del profilo termico in una traccia di fusione prevista dalla simulazione FEM; l’unità della barra della scala è K gradi. c IPF-BD di una regione costituita da due isole I1 e I2, essendo perpendicolare a BD. Le frecce in bec indicano la direzione di movimento del raggio laser. La linea tratteggiata bianca in c indica i confini tra le tracce di fusione. d, e Immagine ottica e mappa EBSD (rispettivamente) di una sezione perpendicolare a BD — Nota:
“Il ruolo della ramificazione laterale è influente in quanto si traduce in una microstruttura a strati incrociati e nell’ampliamento dei grani nella successiva deposizione in leghe stampate in 3D”, hanno spiegato gli autori. “In particolare, la ramificazione laterale è responsabile dello sviluppo della microstruttura quando si varia la strategia di scansione.
“Cosa più interessante, la strategia della scacchiera con una rotazione di 67 ° tra gli strati rompe la microstruttura del grano colonnare verticale, ma promuove sia la crescita epitassiale nello strato che la ramificazione laterale fuori dallo strato, con conseguente crescita elicoidale epitassiale. È stato dimostrato che le variazioni nella scala di lunghezza della microstruttura sono ben correlate a v0: 25 i G0: 5 e che i pori di grandi dimensioni causano un sostanziale ingrossamento della microstruttura a causa del loro effetto di isolamento termico locale. “