LPBF yordamida ishlab chiqarilgan Ti-6Al-4V yupqa devor — lazerli kukun qatlamini eritish usuli bilan qatlamma-qatlam hosil qilinadigan va qalinligi yuzlab mikrometrlardan taxminan bir millimetr darajasigacha kamayganda sirt hamda ichki bosma nuqsonlarining umumiy kesimdagi nisbiy ta’siri tez ortishi mumkin bo‘lgan yupqa titan qotishmali yuk ko‘taruvchi elementdir. Tenglong Xie va hamkasblari 0,2–1,0 mm oralig‘idagi o‘n xil qalinlikda Ti-6Al-4V cho‘zilish namunalarini ishlab chiqarib, qalinlikning oqish mustahkamligi, yakuniy cho‘zilish mustahkamligi, uzayish, sinish rejimi, α′ martensitik mikrostruktura, sirt nuqsonlari va ichki g‘ovaklikka ta’sirini o‘rgangan. Qalinlik 0,2 mm dan 1,0 mm gacha oshganda oqish mustahkamligi 471,7 ± 19,6 MPa dan 794,1 ± 17,5 MPa gacha, yakuniy cho‘zilish mustahkamligi 485,2 ± 24,1 MPa dan 910,7 ± 15,6 MPa gacha va uzayish %1,2 ± 0,3 dan %8,5 ± 0,5 gacha oshgan. Tadqiqotning talqin chegarasi shundan iboratki, har bir qalinlik uchun faqat uchta cho‘zilish takrori ishlatilgan va ishlab chiqilgan yarim empirik model o‘rganilgan ishlab chiqarish sharoitlari hamda qalinlik oralig‘idan tashqarida tasdiqlanmagan.
Yupqa devorlarda kuzatiladigan mexanik o‘zgarish faqat “material miqdori kamroq bo‘lishi” bilan izohlanmaydi. Devor yupqalashgani sari α′ martensit lamellalari ma’lum darajada ingichkalashadi va nazariy jihatdan mustahkamlovchi hissa qo‘shadi. Bunga qarama-qarshi ravishda sirt g‘adir-budurligi, erimagan yopishgan zarrachalar, balling natijasidagi o‘yiqlar va ichki g‘ovaklar yanada yaqqol namoyon bo‘ladi. Manba natijalariga ko‘ra, nuqsonlarning zaiflashtiruvchi ta’siri mikrostrukturaning ingichkalashuvi ta’minlaydigan cheklangan mustahkamlanishdan ancha kattadir.
Tadqiqot ushbu mexanizmni miqdoriy ifodalash uchun samarali qalinlik nisbati \(R_e\) tushunchasidan foydalanadi. \(R_e\) tashqaridan o‘lchangan ko‘rinadigan devor qalinligining qanchasi amalda uzluksiz yuk ko‘taruvchi materialdan iborat ekanini ko‘rsatadi. 0,2 mm nominal qalinlikda nisbat taxminan %72,9 bo‘lsa, 1,0 mm da %95,3 gacha oshadi. Sirtdagi nuqsonli qatlamning bir tomondagi xarakterli qalinligi taxminan 26,5 µm deb topilgani sababli, o‘lchami deyarli doimiy bo‘lgan ushbu nuqsonli qatlam ultra-yupqa devor kesimining ancha katta qismini egallaydi.
Mualliflar \(R_e\) dan foydalanib oqish va yakuniy cho‘zilish mustahkamligi uchun yarim empirik bashorat tenglamalarini ishlab chiqqan. Ultra-yupqa 0,2–0,3 mm namunalar silliqlanib va jilolanib sirt nuqsonlari kamaytirilganda oqish mustahkamligi taxminan %27–39, yakuniy cho‘zilish mustahkamligi esa %22–45 oshgan. Shunga qaramay, uzayish va ko‘ndalang sinish xatti-harakati katta darajada saqlanib qolgan. Bu tajriba sirt nuqsonlarining mustahkamlikka kuchli ta’sir ko‘rsatishini, biroq plastiklik va sinish rejimi ayniqsa ichki nuqsonlarga sezgir ekanini ko‘rsatadi.
Tadqiqotning asosiy muammosi
Yengil metall panjara konstruksiyalari yuqori solishtirma mustahkamlik va past massa olish uchun yuzlab mikrometrlardan bir necha millimetrgacha bo‘lgan yupqa devorlar va yupqa yuk ko‘taruvchi elementlardan foydalanishi mumkin. Biroq qalin namunada o‘lchangan material mustahkamligi qiymatini ancha yupqa LPBF elementiga to‘g‘ridan-to‘g‘ri qo‘llash xavfsiz emas.
Yupqa devorning mutlaq qalinligi kamayganda, ishlab chiqarish jarayonida hosil bo‘ladigan taxminan bir xil o‘lchamdagi sirt notekisliklari va g‘ovaklar kesimning tobora kattaroq qismini egallaydi. Natijada nominal geometriya o‘zgarmagan taqdirda ham haqiqiy yuk ko‘taruvchi kesim kichrayishi va mahalliy kuchlanish to‘planishlari ortishi mumkin.
Adabiyotlarda Ti-6Al-4V yupqa devorlarda o‘lcham ta’siri ilgari o‘rganilgan bo‘lsa-da, ishlarning katta qismi 0,5 mm dan yuqori qalinliklarga qaratilgan. Ushbu tadqiqot ayniqsa ishlab chiqarish chegarasiga yaqinlashadigan 0,2–0,3 mm oralig‘ini tajribaviy qamrab olish va nuqsonlar ta’sirini bitta fizik parametr orqali kuzatishni osonlashtirish uchun ishlab chiqilgan.
LPBF bilan ishlab chiqarilgan Ti-6Al-4V yupqa devorlarda o‘lcham ta’siri nima?
Ushbu tadqiqotdagi o‘lcham ta’siri shundan iboratki, bir xil qotishma va bir xil LPBF ishlab chiqarish yo‘nalishidan foydalanilganiga qaramay, devor qalinligi kamaygani sari o‘lchangan oqish mustahkamligi, yakuniy cho‘zilish mustahkamligi, uzayish va sinish xatti-harakati sezilarli darajada o‘zgaradi; manba bu o‘zgarishning asosiy sababini sirt va ichki bosma nuqsonlarining yupqa kesimlarda nisbatan ustunroq bo‘lib qolishi bilan izohlaydi.
Bir-biriga qarshi ishlaydigan ikki mexanizm
Devor yupqalashganda bir-biriga qarama-qarshi ikkita mexanizm yuzaga keladi.
- Mustahkamlovchi mexanizm: α′ martensitik lamellalarning cheklangan darajada ingichkalashuvi dislokatsiyalar harakatini qiyinlashtirishi mumkin.
- Zaiflashtiruvchi mexanizm: sirt notekisliklari, erimagan zarrachalar, balling o‘yiqlari va ichki g‘ovaklar samarali kesimni kamaytiradi va kuchlanish to‘planishini hosil qiladi.
Tajriba orqali kuzatilgan mustahkamlik kamayishining kattaligi mikrostrukturaning ingichkalashuvidan kutiladigan mustahkamlovchi ta’sir nuqsonlar ta’sirini qoplay olmasligini ko‘rsatadi.
Mikrostruktura qanday o‘zgardi?
BSE tekshiruvlarida barcha namunalarda ingichka α′ martensitik lamellalar kuzatilgan. Har bir qalinlik uchun tasodifiy tanlangan 50 ta lamella o‘lchangan va devor yupqalashgani sari faqat cheklangan mikrostruktura ingichkalashuvi aniqlangan.
| Qalinlik | O‘rtacha lamella uzunligi | O‘rtacha lamella kengligi |
|---|---|---|
| 0,2 mm | 5,065 µm | 0,239 µm |
| 0,4 mm | 5,499 µm | 0,262 µm |
| 0,6 mm | 5,430 µm | 0,253 µm |
| 0,8 mm | 5,539 µm | 0,247 µm |
| 1,0 mm | 5,685 µm | 0,304 µm |
Manba bu o‘zgarishni asosiy mustahkamlik mexanizmi deb hisoblamaydi. Ingichka lamellalarning nazariy mustahkamlovchi ta’siri bo‘lsa-da, amaldagi namunalarda devor yupqalashgan sari mustahkamlik kamaygan.
Samarali qalinlik nisbati \(R_e\) nimani o‘lchaydi?
Samarali qalinlik nisbati \(R_e\) yupqa devorning tashqi konturlaridan o‘lchangan ko‘rinadigan qalinligi ichida uzluksiz va haqiqatan yuk ko‘taradigan kesim ulushini o‘lchaydi; \(R_e\) kamaygani sari sirtdagi nuqsonli, yuk ko‘tarmaydigan qatlamning umumiy kesimga nisbiy ta’siri ortadi.
Ko‘rinadigan qalinlik, samarali qalinlik va nuqsonli sirt qatlami
Manba uchta qalinlik kattaligidan foydalanadi:
- \(T_a\): ko‘rinadigan/apparent qalinlik; tashqi konturlar orasidagi o‘rtacha masofa.
- \(T_e\): samarali qalinlik; tashqi kontur ichidagi uzluksiz yuk ko‘taruvchi hudud qalinligi.
- \(T_s\): namunaning bir tomonidagi nuqsonli sirt qatlamining xarakterli qalinligi.
Ikki sirt mavjud bo‘lgani uchun:
\[ T_e=T_a-2T_s \]
va samarali qalinlik nisbati:
\[ R_e=\frac{T_e}{T_a} =1-\frac{2T_s}{T_a} \]
deb aniqlanadi.
Ushbu tenglamada \(R_e\) o‘lchovsizdir. \(T_s\) o‘zgarmay turganida \(T_a\) kamayganda \(2T_s/T_a\) ortadi va \(R_e\) kamayadi. Fizik jihatdan bir xil o‘lchamdagi g‘adir-budur/nuqsonli sirt qatlami yupqaroq devorning yuk ko‘taruvchi kesimidan kattaroq ulushni yo‘qotishga olib keladi.
O‘lchangan samarali qalinlik qiymatlari
| Loyihalangan qalinlik | Ko‘rinadigan qalinlik \(T_a\) | Samarali qalinlik \(T_e\) | \(R_e\) |
|---|---|---|---|
| 0,20 mm | 0,186 ± 0,015 mm | 0,136 ± 0,014 mm | %72,9 ± 1,3 |
| 0,25 mm | 0,230 ± 0,019 mm | 0,179 ± 0,016 mm | %77,9 ± 1,0 |
| 0,30 mm | 0,279 ± 0,021 mm | 0,219 ± 0,024 mm | %78,3 ± 2,7 |
| 0,40 mm | 0,402 ± 0,026 mm | 0,354 ± 0,038 mm | %87,9 ± 3,9 |
| 0,50 mm | 0,516 ± 0,031 mm | 0,459 ± 0,036 mm | %89,0 ± 1,7 |
| 0,60 mm | 0,640 ± 0,016 mm | 0,580 ± 0,024 mm | %90,6 ± 1,6 |
| 0,70 mm | 0,725 ± 0,015 mm | 0,664 ± 0,029 mm | %91,5 ± 2,1 |
| 0,80 mm | 0,826 ± 0,023 mm | 0,775 ± 0,027 mm | %93,8 ± 1,9 |
| 0,90 mm | 0,908 ± 0,025 mm | 0,837 ± 0,046 mm | %92,2 ± 2,6 |
| 1,00 mm | 1,009 ± 0,027 mm | 0,961 ± 0,039 mm | %95,3 ± 1,4 |
Moslashtirish natijasida \(T_s\) taxminan 26,5 µm deb topilgan. Tadqiqotdagi ishlab chiqarish sharoitlari doirasida bu qiymat umumiy qalinlikdan katta darajada mustaqil ko‘rinadi.
Ichki g‘ovaklik qalinlik bilan qanday o‘zgardi?
| Qalinlik | Kuzatilgan g‘ovak o‘lchami | G‘ovak maydoni nisbati |
|---|---|---|
| 0,20 mm | 3–27 µm | %0,615 |
| 0,25 mm | 2–28 µm | %0,546 |
| 0,30 mm | 6–24 µm | %0,511 |
| 0,40 mm | 2–16 µm | %0,084 |
| 0,50 mm | 3–16 µm | %0,067 |
| 0,60 mm | 3–13 µm | %0,049 |
| 0,70 mm | 3–18 µm | %0,038 |
| 0,80 mm | 5–19 µm | %0,038 |
| 0,90 mm | 1–10 µm | %0,019 |
| 1,00 mm | 4–10 µm | %0,018 |
0,3 mm dan 0,4 mm ga o‘tishda g‘ovak maydoni nisbatining kamayishi ayniqsa katta. Biroq qiymatlar ikki o‘lchamli kesimlardan olingan va ularni haqiqiy uch o‘lchamli g‘ovak hajm ulushi sifatida talqin qilmaslik kerak.
DIC deformatsiya maydonlari mexanizmni qanday qo‘llab-quvvatladi?
0,2 mm namunada yuklashning dastlabki bosqichida ham chetlarda, ham ichki hududlarda sezilarli deformatsiya to‘planishi paydo bo‘lgan. Yuk oshgani sari chetdagi to‘planish ichki hududdagi nuqsondan kelib chiqqan to‘planish bilan birlashib, yuk yo‘nalishiga taxminan tik ko‘ndalang sinishga olib kelgan.
0,6 mm namunada esa dastlab deformatsiya ko‘proq chetlarda to‘plangan, ichki kesim nisbatan bir jinsli qolgan. Keyin maksimal kesish kuchlanishi yo‘nalishida qiya to‘planish tasmasi rivojlangan va Ti-6Al-4V uchun odatiyroq plastik sinish xatti-harakatiga aylangan.
Ushbu taqqoslash ayniqsa ichki nuqsonlar sinish mexanizmining o‘zgarishida muhim rol o‘ynaydi degan manba talqinining bevosita tajribaviy dalillaridan biridir.
Tadqiqot Usuli va Natijalari
Namuna seriyasi
O‘rganilgan nominal qalinliklar:
0,20; 0,25; 0,30; 0,40; 0,50; 0,60; 0,70; 0,80; 0,90 va 1,00 mm.
Har bir qalinlikda kamida beshta namuna ishlab chiqarilgan; ularning uchtasi cho‘zilish sinovida ishlatilgan, ikkitasi nuqson va mikrostruktura tekshiruvlariga ajratilgan.
Mualliflar n=3 cho‘zilish takrorini izlanish xarakteridagi namuna deb ta’riflaydi. Shu sababli standart og‘ishlar takrorlanuvchanlik haqida ma’lumot bersa-da, tadqiqot keng populyatsiya uchun aniq taqsimot bahosini taqdim etmaydi.
Namuna geometriyasi
| Geometrik xususiyat | Qiymat |
|---|---|
| Umumiy uzunlik | 50 mm |
| Parallel o‘lchov hududi | 16 mm |
| O‘lchov hududi kengligi | 6 mm |
| Ushlash uchi kengligi | 10 mm |
0,2–0,3 mm ultra-yupqa namunalarning ushlash uchlari qisish vaqtida sirpanish yoki shikastlanishni kamaytirish uchun mahalliy ravishda 0,8 mm gacha qalinlashtirilgan. 0,4 mm va undan yuqori namunalarda bir xil qalinlik qo‘llangan.
Ti-6Al-4V kukuni
Argon gazi bilan atomizatsiya qilingan Ti-6Al-4V kukunining don o‘lchami taqsimoti:
- \(D_{10}=27,0\ \mu m\)
- \(D_{50}=42,3\ \mu m\)
- \(D_{90}=56,5\ \mu m\)
Manba kimyoviy tarkibda Al uchun %6,18, V uchun %4,07 va O uchun %0,13 qiymatlarini bildiradi; qolgan asosiy element Ti hisoblanadi.
LPBF ishlab chiqarish sharoitlari
| Parametr | Qiymat |
|---|---|
| Mashina | BLT-A300 |
| Lazer quvvati | 190 W |
| Qatlam qalinligi | 30 µm |
| Skanerlash tezligi | 90 mm/s |
| Hatch oralig‘i | 140 µm |
| Atmosfera | Argon |
Barcha namunalar qurilish yo‘nalishining ta’sirini aralashtiruvchi o‘zgaruvchiga aylantirmaslik uchun bir xil yo‘nalishda bosilgan. Bosib chiqarish tugagach, namunalar argon bilan to‘ldirilgan kamerada tabiiy ravishda xona haroratigacha sovutilgan, simli eroziya orqali platformadan ajratilgan va etanolda 15 daqiqa ultratovushli tozalashdan o‘tkazilgan.
Cho‘zilish sinovi va DIC
Cho‘zilish sinovlari MTS universal sinov mashinasida 0,7 mm/min yuklash tezligida o‘tkazilgan.
Raqamli Tasvir Korrelyatsiyasi (DIC) uchun o‘lchov hududi xira oq rangga bo‘yalgan va uning ustiga diametri taxminan 0,2–0,4 mm bo‘lgan tasodifiy qora nuqtalar surtilgan. Tasvirlar 4 fps tezlikda yozib olingan va VIC-3D Version 11.2 yordamida to‘liq maydon siljishi hamda deformatsiya taqsimotlari hisoblangan.
Muhandislik kuchlanishi:
\[ \sigma_{eng}=\frac{F_{tensile}}{A_a} \]
ko‘rinishida hisoblangan. Bu yerda \(F_{tensile}\) cho‘zilish kuchi, \(A_a\) esa ko‘rinadigan qalinlik va ko‘rinadigan kenglikdan hisoblangan o‘lchov hududi kesim maydonidir.
Manba haqiqiy kuchlanish va haqiqiy deformatsiyaga o‘tkazish uchun:
\[ \sigma_{true}=\sigma_{eng}(1+\varepsilon_{eng}) \]
\[ \varepsilon_{true}=\ln(1+\varepsilon_{eng}) \]
munosabatlaridan foydalanadi.
Mikrostrukturani tavsiflash
Metallografik namunalar standart silliqlash va jilolashdan so‘ng 2 mL HF, 4 mL HNO3 va 94 mL H2O tarkibli Kroll reaktivi bilan yengil etsa qilingan. BSE tasvirlash Thermo Scientific Scios 2 skanerlovchi elektron mikroskopi yordamida bajarilgan.
Sirt va ichki nuqsonlarni tavsiflash
Sirt topografiyasi Leica DVM6 M raqamli mikroskopi bilan o‘rganilgan. Kesim tasvirlaridan tashqi kontur, ko‘rinadigan qalinlik va samarali qalinlik chiqarilgan.
Ichki nuqsonlar uchun har bir qalinlikning o‘lchov hududidan ikkita metallografik namuna olingan va g‘ovak o‘lchami hamda maydon nisbati ImageJ Version 1.54 yordamida hisoblangan.
Raqamli mikroskop 1073 lp/mm aniqlikda va taxminan 150–400× kattalashtirishda ishlatilgan.
Asosiy mexanik natijalar
| Ko‘rsatkich | 0,2 mm | 1,0 mm |
|---|---|---|
| Oqish mustahkamligi, YS | 471,7 ± 19,6 MPa | 794,1 ± 17,5 MPa |
| Yakuniy cho‘zilish mustahkamligi, UTS | 485,2 ± 24,1 MPa | 910,7 ± 15,6 MPa |
| Uzayish | %1,2 ± 0,3 | %8,5 ± 0,5 |
Manba barcha oraliq qalinliklar uchun natijalarni Figure 5 da grafik ko‘rinishda beradi, biroq barcha sonli YS, UTS va uzayish qiymatlarini alohida jadval ko‘rinishida taqdim etmaydi. Shu sababli oraliq qiymatlar Verianla tomonidan grafikdan aniq sonlar sifatida chiqarilmagan.
Ultra-yupqa va qalinroq rejimlar
0,2–0,3 mm: qalinlik oshishi bilan mustahkamlik tez ortadi, uzayish %3 dan past qoladi va past plastiklik/ko‘ndalang sinish ustun ko‘rinadi.
0,4–1,0 mm: mustahkamlikning ortishi sekinlashadi; uzayish 0,4–0,5 mm da taxminan %5 ga, 0,6 mm va undan yuqorida esa %6 dan yuqoriga chiqadi.
Yarim empirik mustahkamlik modelini qurish
Model nuqson ta’sirlarini ikki guruhga ajratadi:
- Tashqi omil: sirt nuqsonlari, koeffitsiyent \(\eta_s\).
- Birlashtirilgan ichki omil: ichki nuqsonlar, mikrostruktura o‘zgarishi, kislorod miqdori va boshqa ichki hissalarning sof ta’siri, koeffitsiyent \(\eta_i\).
Nuqsonsiz materialning nazariy mustahkamligi \(\sigma_0\) deb belgilansa:
\[ \sigma=\eta_s\eta_i\sigma_0 \]
deb yoziladi.
Samarali yuk ko‘taruvchi qalinlik \(T_e\) bo‘lganda kritik yuk:
\[ F=T_eW\eta_i\sigma_0 \]
va ko‘rinadigan kesimdan hisoblangan mustahkamlik:
\[ \sigma= \frac{F}{T_aW} = \frac{T_e}{T_a}\eta_i\sigma_0 = R_e\eta_i\sigma_0 \]
bo‘ladi.
Buni birinchi tenglama bilan taqqoslash:
\[ \eta_s=R_e \]
natijasini beradi. Modelda sirt nuqsonlarining mustahkamlikni kamaytirish koeffitsiyenti to‘g‘ridan-to‘g‘ri samarali qalinlik nisbatiga teng deb qabul qilinadi.
Mustahkamlik–\(R_e\) moslashtirish tenglamalari
Tajriba ma’lumotlarini moslashtirish:
\[ \sigma_{YS}=860.3R_e^{1.8} \]
\[ \sigma_{UTS}=1025.1R_e^{2.1} \]
ko‘rinishida. Mustahkamliklar MPa da berilgan va \(R_e\) o‘lchovsizdir.
Shunga ko‘ra:
\[ \eta_s=R_e,\qquad \eta_i^{YS}=R_e^{0.8},\qquad \sigma_0^{YS}=860.3\ \mathrm{MPa} \]
va:
\[ \eta_s=R_e,\qquad \eta_i^{UTS}=R_e^{1.1},\qquad \sigma_0^{UTS}=1025.1\ \mathrm{MPa} \]
deb ifodalangan.
Bu ajratish “ichki g‘ovaklikning sof ta’siri” emas. \(\eta_i\) manba tomonidan bir-biridan to‘liq ajratib bo‘lmaydigan ichki nuqsonlar, mikrostruktura, kislorod va boshqa ichki hissalarning birlashtirilgan sof ta’siridir.
Sirt nuqsonlarining taxminiy hissasi
\(R_e\) 1,0 mm da 0,953 bo‘lsa, 0,2 mm da 0,729 gacha tushadi. Manba buni faqat sirt nuqsonlari tufayli taxminan %23 mustahkamlik yo‘qotish salohiyati sifatida talqin qiladi.
Biroq o‘lchangan umumiy mustahkamlik pasayishi %40 dan oshadi. Farq birlashtirilgan ichki omillar ham muhim zaiflashtiruvchi hissa qo‘shishini ko‘rsatadi.
Sirtni jilolash mustahkamlikni oshirgan bo‘lsa-da, nega plastiklikni to‘liq tiklamadi?
Sirtni silliqlash va jilolash samarali yuk ko‘taruvchi kesimni kamaytiradigan g‘adir-budur sirt qatlamini katta darajada yo‘q qilgani uchun mustahkamlikni oshirdi; biroq namuna ichidagi g‘ovaklar va boshqa birlashtirilgan ichki nuqsonlar joyida qolganligi sababli erta deformatsiya lokalizatsiyasi va ko‘ndalang sinish davom etdi, shu sabab uzayish va sinish rejimi mustahkamlik darajasida yaxshilanmadi.
Sirt ishlov berish tartibi
0,2, 0,25 va 0,3 mm namunalar mos ravishda 400–2000 grit suv bilan moylangan SiC zımpara qog‘ozlari bilan silliqlangan, 1 µm alyumina suspenziyasi bilan jilolangan va etanolda ultratovushli tarzda tozalangan.
Ishlovdan keyingi ko‘rinadigan qalinliklar:
- 0,2 mm guruhi → 0,135 mm,
- 0,25 mm guruhi → 0,171 mm,
- 0,3 mm guruhi → 0,219 mm
bo‘lgan. Har bir namunadan taxminan 60 µm material olib tashlangan.
Sirt g‘adir-budurligi
Manba sirt g‘adir-budurligi \(R_a\) qiymatlari ishlovdan oldingi taxminan 6,75–8,49 µm oralig‘idan ishlovdan keyin taxminan 1,53–1,91 µm oralig‘iga tushganini bildiradi.
Sirt ishlovining mexanik natijasi
| Ko‘rsatkich | As-built oralig‘i | Sirt ishlovli oralig‘i | O‘sish |
|---|---|---|---|
| YS | 471,7 ± 19,6 – 558,9 ± 31,9 MPa | 656,2 ± 11,4 – 709,6 ± 15,3 MPa | Taxminan %27–39 |
| UTS | 485,2 ± 24,1 – 652,2 ± 60,8 MPa | 704,2 ± 8,5 – 796,4 ± 14,6 MPa | Taxminan %22–45 |
0,3 mm sirt-ishlovli namunaning mustahkamligi as-built 0,5 mm namunanikiga yaqinlashgan. Shunga qaramay, ichki g‘ovaklar sababli uzayish past bo‘lib qolgan va sinish erta yuz bergan.
Modelni tekshirish
Sirt ishlovli 0,2, 0,25 va 0,3 mm namunalar uchun ishlab chiqilgan model bashoratlari bilan tajriba orasidagi maksimal nisbiy og‘ish %4,8 deb berilgan.
Manba shuningdek avval 0,5–2,5 mm oralig‘i uchun ishlab chiqilgan adabiyot modelini ultra-yupqa oraliqqa kengaytirgan va bu model 0,2–0,3 mm namunalar mustahkamligini sezilarli darajada ortiqcha baholashini ko‘rsatgan.
Bu taqqoslash qalinroq devorlardan olingan empirik bog‘lanishni ishlab chiqarish chegarasiga yaqin ultra-yupqa rejimga avtomatik ko‘chirish mumkin emasligini ko‘rsatadi.
Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar
- LPBF Ti-6Al-4V yupqa devorlarda 0,2–1,0 mm oralig‘ida yaqqol mexanik o‘lcham ta’siri mavjud.
- 0,2–0,3 mm ultra-yupqa rejimda mustahkamlik va plastiklik nuqsonlarga ayniqsa sezgir.
- Qalinlik oshgani sari samarali qalinlik nisbati ortadi va ichki g‘ovaklik kamayadi.
- Mikrostrukturaning ingichkalashuvi mustahkamlovchi ta’sirga ega, biroq nuqsonlarning zaiflashtiruvchi ta’siridan kichik.
- Mustahkamlik sirt va ichki omillarning birgalikdagi ta’siri bilan o‘zgaradi.
- Sinish rejimi va plastiklik ayniqsa ichki nuqsonlar bilan bog‘liq.
- Sirtni silliqlash/jilolash ultra-yupqa namunalar YS va UTS qiymatlarini sezilarli oshirgan.
- \(R_e\) ga asoslangan yarim empirik model o‘rganilgan sharoitlarda mustahkamlik o‘zgarishini tushuntira olgan.
Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan natijalar
- Model barcha LPBF mashinalari va barcha Ti-6Al-4V jarayon parametrlari uchun universal ekanini ko‘rsatmaydi.
- 0,2–1,0 mm dan tashqari devor qalinliklarida ayni tenglamalar amal qilishini tasdiqlamaydi.
- \(\eta_i\) koeffitsiyenti faqat ichki g‘ovaklikni o‘lchashini ko‘rsatmaydi.
- Ikki o‘lchamli g‘ovak maydoni nisbatlari haqiqiy uch o‘lchamli hajmiy porozitga to‘liq teng ekanini ko‘rsatmaydi.
- Sirtni jilolash plastiklik yoki sinish rejimini to‘liq tiklashini ko‘rsatmaydi.
- Uchta cho‘zilish takrori bilan butun ishlab chiqarish populyatsiyasi uchun aniq ehtimollik taqsimotini qurmaydi.
- Murakkab real panjara konstruksiyalarining charchash, zarba yoki xizmat muddati ko‘rsatkichlarini to‘g‘ridan-to‘g‘ri sinamaydi.
Asosiy cheklovlar
- Kichik cho‘zilish namunasi: har bir qalinlikda n=3; mualliflar tadqiqotni izlanish xarakteridagi deb ta’riflaydi.
- Ichki nuqson o‘lchovi: ikki o‘lchamli kesim maydonlari haqiqiy uch o‘lchamli g‘ovak hajmini to‘liq ifodalamaydi.
- Birlashtirilgan ichki omil: ichki porozit, mikrostruktura va kislorod ta’siri bir-biridan to‘liq ajratilmagan.
- Model yarim empirik: moslashtirish koeffitsiyentlari tadqiqotning o‘z materiali va ishlab chiqarish sharoitlaridan olingan.
- Sirt ishlovli modelni tekshirish: faqat 0,2–0,3 mm ultra-yupqa namunalarda bajarilgan.
- O‘rganilgan mexanik yuk: tadqiqot asosan monoton cho‘zilish xatti-harakatiga qaratilgan; charchash va murakkab xizmat yuklari o‘lchanmagan.
Manba ichidagi hisobot izohi
Ichki nuqsonlar bo‘limidagi bayonot matni porozit “0,25 mm da %0,615 dan” kamayganini yozadi; shu bo‘limdagi Table 4 da esa %0,615 qiymati 0,2 mm namunaga, 0,25 mm namuna esa %0,546 qiymatiga tegishli. Verianla miqdoriy jadvalda manbadagi Table 4 qiymatlarini saqlaydi va bu ikki ifoda orasidagi tafovutni yashirmaydi.
Manba va Usul Haqida Izoh
Asl sarlavha: Size-Dependent Mechanical Properties of Additively Manufactured Ti-6Al-4V Thin Walls
Mualliflar: Tenglong Xie; Chao Ding; Peng Wang; Minghao Huang; Shenghang Xu; Zhen Wang; Huiping Tang
Mas’ul muallif: Chao Ding
Muassasa 1: Zhejiang Key Laboratory of Aerospace Metallic Materials, Hangzhou City University, Hangzhou 310015, China
Muassasa 2: School of Civil Engineering, Shaoxing University, Shaoxing 312000, China
Jurnal: Materials
Nashriyot: MDPI
Nashr turi: Taqrizlangan eksperimental tadqiqot maqolasi
Bibliografik qayd: Materials, 2026, 19(10), 1945
DOI: 10.3390/ma19101945
Yuborilgan: 17 Mart 2026
Tahrir: 28 Aprel 2026
Qabul: 5 May 2026
Nashr: 9 May 2026
Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).
Kalit so‘zlar: laser powder bed fusion; Ti-6Al-4V thin walls; size effect; mechanical properties; printing defects.
Tadqiqot dizayni: LPBF bilan turli qalinliklarda namunalar ishlab chiqarish, monoton cho‘zilish sinovi, DIC deformatsiya o‘lchovi, mikrostruktura tahlili, sirt va ichki nuqsonlarni tavsiflash, yarim empirik model ishlab chiqish va sirt ishlovi orqali mexanizm/modelni tekshirish.
Qalinlik oralig‘i: 0,2–1,0 mm; jami o‘nta qalinlik darajasi.
Cho‘zilish takrorlari soni: Har bir qalinlik uchun n=3; manba buni izlanish xarakteridagi namuna deb ta’riflaydi.
Ishlab chiqarish tizimi: BLT-A300 LPBF.
Cho‘zilish tizimi: MTS universal testing machine.
DIC: 4 fps tasvir yozuvi; VIC-3D Version 11.2.
Mikrostruktura: Thermo Scientific Scios 2 bilan BSE tasvirlash.
Sirt/ichki nuqson tasvirlash: Leica DVM6 M raqamli mikroskop; 1073 lp/mm; taxminan 150–400×.
G‘ovak tahlili: ImageJ Version 1.54.
Asosiy model o‘zgaruvchisi: \(R_e=T_e/T_a\).
Asosiy YS modeli: \(\sigma_{YS}=860.3R_e^{1.8}\).
Asosiy UTS modeli: \(\sigma_{UTS}=1025.1R_e^{2.1}\).
Sirt ishlovli tekshirish: 0,2–0,3 mm; maksimal nisbiy bashorat og‘ishi %4,8.
Supplementary Material: α′ lamella o‘lchov hududlarini ko‘rsatadigan Figure S1 va turli qalinliklardagi α′ lamella o‘lchamlarini o‘z ichiga olgan Table S1.
Moliyalashtirish: National Natural Science Foundation of China, No. U24A20103.
Ma’lumotlar mavjudligi: Asl hissalar maqola va Supplementary Material ichida mavjudligi; qo‘shimcha savollar mas’ul muallifga yo‘naltirilishi mumkinligi bildirilgan.
Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan.
Muallif hissalari: Konseptuallashtirish Chao Ding va Huiping Tang; metodologiya Chao Ding; tasdiqlash Minghao Huang, Shenghang Xu va Zhen Wang; formal tahlil va tadqiqot Tenglong Xie; resurslar Peng Wang; ma’lumotlarni tayyorlash Peng Wang, Minghao Huang va Shenghang Xu; dastlabki qoralama Tenglong Xie; ko‘rib chiqish/tahrirlash Chao Ding, Minghao Huang, Shenghang Xu, Zhen Wang va Huiping Tang; vizuallashtirish Peng Wang; nazorat Chao Ding, Zhen Wang va Huiping Tang; moliyalashtirishni olish Huiping Tang tomonidan bajarilgan.
Asosiy talqin chegarasi: Tajriba natijalari bitta LPBF jarayon to‘plami va kam takrorlar soni bilan olingan. Model turli ishlab chiqarish sharoitlarida qayta kalibrlanmasdan ishlatilishi mumkinligi manba tomonidan tasdiqlanmagan.
Manba ichidagi porozit izohi: Matn va Table 4 %0,615 qiymatini turli qalinliklarga bog‘laydi; Table 4 da bu qiymat 0,2 mm qatorida.
Vizualni qayta chizish: Tadqiqot oqimi, ko‘rinadigan/samarali qalinlik geometriyasi, \(R_e\)–porozit munosabati, DIC mexanizm taqqoslanishi, \(R_e\)–mustahkamlik modeli va sirt ishlovli model tekshiruvi Verianla uchun qayta chizishga mos.
Verianla Live mosligi: Live Process, Live Equation, Live Data, Live Compare va source-derived Live Figure uchun mos. Manba ma’lumotlaridan tashqari yangi LPBF parametrini kiritib mustahkamlik bashoratini ishlab chiqaradigan erkin foydalanuvchi simulyatsiyasi mos emas.
Izoh qoldiring
E-pochta manzilingiz chop etilmaydi. Majburiy maydonlar * bilan belgilangan