Polady alýumine birikdirende, birikdirme prosesinde Fe we Al atomlarynyň arasyndaky reaksiýa döwülýän metalara birleşmeleri (MMK) emele getirýär. Bu MMK-laryň bolmagy birikdirmäniň mehaniki berkligini çäklendirýär, şonuň üçin bu birleşmeleriň mukdaryny gözegçilikde saklamak zerurdyr. MMK-laryň emele gelmeginiň sebäbi, Fe-niň Al-da eremeginiň pes bolmagydyr. Eger ol belli bir mukdardan geçse, kebşirlemegiň mehaniki häsiýetlerine täsir edip biler. MMK-laryň berkligi, çäkli süňňülligi we berkligi, şeýle hem morfologiki aýratynlyklary ýaly özboluşly häsiýetleri bar. Barlaglar beýleki MMK-lar bilen deňeşdirilende, Fe2Al5 MMK gatlagynyň iň döwülýän gatlak hasaplanýandygyny ýüze çykardy (11.8± 1.8 GPa) IMC fazasyna deňleşdirilýär we şeýle hem kebşirleme bozulmagy sebäpli mehaniki häsiýetleriň peselmeginiň esasy sebäbidir. Bu makala sazlanyp bilýän halkaly lazer ulanyp, IF polat we 1050 alýumininiň uzakdan lazer bilen kebşirleme prosesini öwrenýär we lazer şöhlesiniň görnüşiniň metallarara birleşmeleriň emele gelmegine we mehaniki häsiýetlere täsirini çuňňur öwrenýär. Özek/halka güýji gatnaşygyny sazlamak arkaly, geçirijilik režiminde 0.2 deň özek/halka güýji gatnaşygynyň has gowy kebşirleme serhetiniň birleşdiriji ýüzüniň meýdanyny gazanyp biljekdigi we Fe2Al5 IMC-niň galyňlygyny ep-esli azaldyp biljekdigi, şeýlelik bilen birleşmäniň kesiş güýjüni ýokarlandyrýandygy anyklandy.
Bu makala IF polat we 1050 alýuminini uzakdan lazer bilen kebşirlemek wagtynda metallarara birleşmeleriň emele gelmegine we mehaniki häsiýetlere sazlanyp bilýän halkaly lazeriň täsirini tanyşdyrýar. Gözleg netijeleri geçirijilik režiminde 0,2 deň bolan özen/halka güýji gatnaşygynyň has uly kebşirleme serhetiniň birleşdiriji ýüzüniň meýdanyny üpjün edýändigini görkezýär, bu bolsa 97,6 N/mm2 iň ýokary kesiş güýji bilen şöhlelenýär (birleşme netijeliligi 71%). Mundan başga-da, güýç gatnaşygy 1-den ýokary bolan Gauss şöhleleri bilen deňeşdirilende, bu Fe2Al5 intermetal birleşmesiniň (IMC) galyňlygyny 62% we umumy IMC galyňlygyny 40% azaldýar. Deşik režiminde geçirijilik režimine garanyňda ýaryklar we pes kesiş güýji syn edildi. Özen/halka güýji gatnaşygy 0,5 bolanda kebşirleme tikişinde ep-esli däne arassalygynyň syn edilendigini bellemek gerek.
r=0 bolanda, diňe aýlaw güýji öndürilýär, r=1 bolanda bolsa, diňe esasy güýç öndürilýär.
Gauss şöhlesi bilen halka şekilli şöhle arasyndaky güýç gatnaşygynyň r shematik diagrammasy
(a) Kebşirleme enjamy; (b) Kebşirleme profiliniň çuňlugy we ini; (c) Nusga we enjam sazlamalaryny görkezmegiň shematiki diagrammasy
MC synagy: Diňe Gauss şöhlesinde kebşirleme ilki başda ýüzleý geçirijilik režiminde bolýar (ID 1 we 2), soňra bolsa bölekleýin deşilýän lockhole režimine geçýär (ID 3-5), aýdyň ýaryklar peýda bolýar. Halkanyň güýji 0-dan 1000 W-a çenli ýokarlananda, ID 7-de aýdyň ýaryklar ýokdy we demir baýlaşdyrmagyň çuňlugy deňeşdirme boýunça az boldy. Halkanyň güýji 2000 we 2500 W-a çenli ýokarlananda (ID 9 we 10), baý demir zolagynyň çuňlugy artýar. 2500w halka kuwwatynda (ID 10) aşa köp ýaryklar.
MR synagy: Esasy güýç 500 bilen 1000 W aralygynda (ID 11 we 12) bolanda, kebşirleme tikişigi geçirijilik režiminde bolýar; ID 12 we ID 7 bilen deňeşdirilende, umumy güýç (6000w) deň bolsa-da, ID 7 gulp deşigi režimini ornaşdyrýar. Bu, dominant halka häsiýetnamasy (r=0.2) sebäpli ID 12-de güýç dykyzlygynyň ep-esli azalmagy bilen baglanyşyklydyr. Umumy güýç 7500 W-a (ID 15) ýetende, doly penetrasiýa režimine ýetip bolýar we ID 7-de ulanylan 6000 W bilen deňeşdirilende, doly penetrasiýa režiminiň güýji ep-esli ýokarlanýar.
IC synagy: Geçirijilikli režim (ID 16 we 17) 1500w özen kuwwatynda we 3000w we 3500w halka kuwwatynda gazanyldy. Özen kuwwaty 3000w we halka kuwwaty 1500w we 2500w aralygynda (ID 19-20) bolanda, baý demir bilen baý alýuminiýiň arasyndaky serhetde aýdyň çatlaklar peýda bolup, ýerli kiçi deşik şekilini emele getirýär. Halkanyň güýji 3000 we 3500w (ID 21 we 22) bolanda, doly geçiji açar deşik režimini gazanyň.
Optiki mikroskop astynda her bir kebşirleme identifikasiýasynyň kese-kesiginiň nusgawy suratlary
4-nji surat. (a) Kebşirleme synaglarynda iň soňky dartgynlyk güýji (UTS) bilen kuwwat gatnaşygynyň arasyndaky baglanyşyk; (b) Ähli kebşirleme synaglarynyň umumy kuwwaty.
5-nji surat. (a) Aspekt gatnaşygy bilen UTS arasyndaky baglanyşyk; (b) Uzatma we penetrasiýa çuňlugy bilen UTS arasyndaky baglanyşyk; (c) Ähli kebşirleme synaglary üçin kuwwat dykyzlygy
6-njy surat. (ac) Wikers mikrogatylygynyň çukurynyň kontur kartasy; (df) Wekilçilikli geçirijilik režiminde kebşirlemek üçin degişli SEM-EDS himiki spektrleri; (g) Polat bilen alýuminiň arasyndaky serhetiň shematiki diagrammasy; (h) Geçirijilik režiminde kebşirlemek üçin Fe2Al5 we umumy IMC galyňlygy
7-nji surat. (ac) Wikers mikrogatylygynyň çukurynyň kontur kartasy; (df) Ýerli penetrasiýa perforasiýa režiminde kebşirlemek üçin degişli SEM-EDS himiki spektri
8-nji surat. (ac) Wikers mikrogatylygynyň çukurynyň kontur kartasy; (df) Deşikli doly penetrasiýa režiminde kebşirlemek üçin degişli SEM-EDS himiki spektri
9-njy surat. EBSD diagrammasy doly penetrasiýa perforasiýa režimi synagynda demir baý sebitiň (ýokarky plastinka) dänejik ölçeglerini görkezýär we dänejik ölçegleriniň paýlanyşyny kesgitleýär.
10-njy surat. Baý demir bilen baý alýuminiýiň arasyndaky serhetiň SEM-EDS spektrleri
Bu gözlegde IF polat-1050 alýumin ergininden ýasalan dürli görnüşli kebşirlenen birleşmelerde ARM lazeriniň IMC-niň emele gelmegine, mikrostrukturyna we mehaniki häsiýetlerine täsiri öwrenildi. Gözlegde üç kebşirleme režimi (geçiriji režimi, ýerli penetrasiýa režimi we doly penetrasiýa režimi) we saýlanan üç lazer şöhlesiniň görnüşi (Gauss şöhlesi, halkalaýyn şöhle we Gauss halkalaýyn şöhlesi) göz öňünde tutuldy. Gözleg netijeleri Gauss şöhlesiniň we halkalaýyn şöhlesiniň degişli kuwwat gatnaşygyny saýlamagyň içki modal uglerodyň emele gelmegini we mikrostrukturyny gözegçilikde saklamak üçin esasy parametr bolup durýandygyny we şonuň bilen kebşirlemegiň mehaniki häsiýetlerini ýokarlandyrýandygyny görkezýär. Geçirijilik režiminde kuwwat gatnaşygy 0,2 bolan tegelek şöhle iň gowy kebşirleme güýjüni üpjün edýär (71% birleşme netijeliligi). Perforasiýa režiminde Gauss şöhlesi has uly kebşirleme çuňlugyny we has ýokary tarap gatnaşygyny döredýär, ýöne kebşirleme intensiwligi ep-esli azalýar. Kuwwat gatnaşygy 0,5 bolan halkalaýyn şöhle kebşirleme tikişinde polat gapdal dänejikleriniň arassalanmagyna ep-esli täsir edýär. Bu halka şekilli şöhleleriň pes temperaturasynyň sowadyş tizliginiň çaltlaşmagyna getirmegi we Al ergin maddalarynyň kebşirleme gatlagynyň ýokarky bölegine göçmeginiň däne gurluşyna ösüş çäklendirme täsiri bilen baglanyşyklydyr. Wikersiň mikrogatylygy bilen Thermo Calc-yň faza göwrüm prosentiniň çaklamasynyň arasynda güýçli baglanyşyk bar. Fe4Al13-iň göwrüm prosenti näçe uly bolsa, mikrogatylyk şonça ýokary bolýar.
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 25-nji ýanwary
