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宏观属性预测，用于从微观结构到高级均质化的625添加性生产
添加性生产的金属零件的抽象设计需要组合模型，以预测微观结构，制造和操作条件的零件的机械响应。本文记录了我们对空军研究实验室（AFRL）添加剂制造建模挑战3的反应，该挑战3要求参与者预测IN625的拉伸优惠券作为微观结构和制造条件的函数的机械响应。代表性体积（RVE）方法与晶体可塑性材料模型结合在一起，该模型在用于应对挑战的快速傅立叶变换（FFT）框架内求解。在竞争期间，材料模型的量化被证明是一个挑战，这促使本手稿中使用适当的概括分解（PGD）引入了本手稿。最后，一种称为自洽聚类分析（SCA）的机械减少阶方法，显示为解决这些问题的FFT方法的替代方法。除了提出反应分析外，还讨论了与建模相关的一些物理解释和假设。
通过线材 + 电弧增材制造工艺生产的 Inconel 718 和 Inconel 625 的微观结构和机械性能
在开发用于耐热和抗蠕变合金的线材+电弧增材制造 (WAAM) 工艺时，结构由镍基高温合金 Inconel 718 (IN718) 和 Inconel 625 (IN625) 构建。在本文中，使用等离子转移电弧工艺在这两种高温合金中沉积壁结构。在光学和 SEM 下分析微观结构；两种合金均显示出具有长柱状晶粒的典型树枝状结构，合金之间差异不大。研究结果表明，结构包括合金元素的明显偏析，具有潜在的金属间相，例如合金中还发现了 Laves 相和 δ 相，这表明 Nb 和 Mo 在晶界和树枝状区域偏析明显更多。这些合金还经过了室温机械测试，此外，IN625 样品在固溶和时效处理后进行了测试。硬度测量表明，与固溶状态下的锻造合金相比，WAAM 工艺通常可使材料硬度增加约 10%。与沉积状态相比，IN625 的热处理样品硬度增加了约 6%。IN625 的伸长率显示出更大的值。总体而言，IN718 的强度高于 IN625，而伸长率较低。对两种合金及其文献中所述的最大 UTS 和 YS 值进行比较后发现，WAAM 制造的 IN718 和 IN625 在沉积状态下可达到最大 UTS 的一半多一点，无需后处理。在 IN625 中测试的热处理工艺略微缩小了 UTS 性能的差距 3.5%。
镍基异质材料梯度叠层工艺研究
为了弥补异种材料和复合材料的功能限制，人们通过各种工艺实现了 FGM（功能分级材料）结构。随着 3D 打印技术的发展，可以将材料局部应用于所需区域，因此 FGM 的应用范围有望扩大。特别是，使用 DED（定向能量沉积）方法的 3D 打印工艺可以组合各种材料，并且可以说是实现 FGM 结构的合适工艺，因为还可以通过改变结构和热输入来控制密度。在本研究中，为了在钢和镍材料之间组成异种结构，进行了 STS316L 和 IN625 之间异种材料的沉积。特别是，通过应用 FGD（功能分级沉积）结构，根据每种成分比评估微观结构和机械性能。在STS316L与IN625的FGD界面，确认了各组成比的成分分布，在STS316L（80wt.%）：IN625（20wt.%）的组合截面上观察到了裂纹。确认了力学性能后，虽然在同样的截面上也观察到了断裂，但内部也观察到了未熔融相，因此认为微观结构与力学性能之间的关系有待进一步研究。
一种生产 NiCrAlY 粘合涂层的新方法 - ...
本研究首次研究了通过选择性激光熔化 (SLM) 直接在由 SLM 生产的 IN625 基体上生产 NiCrAlY 粘结涂层材料的可行性。通过改变激光功率 (P) 和扫描速度 (v) 进行了典型参数优化。对 15 种不同的 P/v 条件进行了单线扫描轨迹和双层涂层分析。定义了几个标准来选择合适的 SLM 参数。结果表明，底层基体发生了明显的重熔，这是 SLM 制造的典型特征。这导致了中间稀释区的形成，其特征是 IN625 高温合金基体和 NiCrAlY 粘结层之间发生了大量混合，表明冶金结合优异。最佳加工条件为 P = 250 W 和 v = 800 mm/s。它产生了一个致密的 242 μm 厚的粘结层，其中包括一个 36% 的稀释区。 SLM 加工的 <NiCrAlY- IN625> 系统呈现出平滑的显微硬度分布，从粘结层的 275 Hv 略微增加到基材的 305 Hv。在系统中发现相之间的 Al 浓度分布逐渐增加，残余应力水平较低。这表明 SLM 可能是一种有价值的替代制造工艺，用于粘结层系统，从而促进高温应用中的出色附着力。
功能梯度材料 (FGM) 中间层在激光熔化沉积 (LMD) 和电弧增材制造 (WAAM) 法制造英科乃尔-不锈钢双金属结构中的作用
摘要：通过直接沉积制备的双金属结构由于异种金属的组织和性能突然变化而存在缺陷。激光金属沉积（LMD）-电弧增材制造（WAAM）工艺可以通过沉积功能梯度材料（FGM）层（例如使用LMD的薄中间层）来缓解两种不同材料之间的缺陷，并可用于使用WAAM以较高的沉积速率和相对较低的成本制备双金属结构。本研究进行了LMD-WAAM工艺，并研究了制备的IN625-SUS304L双金属结构的微观组织。LMD-WAAM样品的FGM区的微观组织主要为细小的等轴枝晶形貌。相反，WAAM区构成了粗大的柱状枝晶形貌。LMD-WAAM样品的主要合金元素的成分随着沉积层高度而逐渐变化。 LMD-WAAM 样品的显微硬度随 Inconel 含量的增加而增加。对于 LMD-WAAM 样品，断裂发生在 25% IN625 和 0% IN625 之间的界面附近；对于 WAAM 样品，最终断裂发生在界面附近的 SUS304L 中。LMD-WAAM 样品的拉伸强度与激光功率成反比。结果表明，LMD-WAAM 样品的拉伸强度比仅使用 WAAM 制造的样品高 8%。
修订证明 - NIST 的 TSAPPS
摘要 空军研究实验室增材制造建模挑战系列的挑战 4 要求参赛者根据 IN625 试件的实验数据和广泛表征，预测几种特定挑战晶粒在拉伸载荷期间的晶粒平均弹性应变张量。在本文中，我们介绍了解决此问题的策略和计算方法。在比赛阶段，直接使用来自实验的特征化微观结构图像，通过基于遗传算法的材料模型识别方法预测某些挑战晶粒的机械响应。随后，在比赛后阶段，引入了一种基于适当广义分解 (PGD) 的降阶方法来改进材料模型校准。这种数据驱动的降阶方法非常有效，可用于识别力学和材料科学领域中的复杂材料模型参数。已经报告了原始预测和重新校准的材料模型的绝对误差结果。预测表明，整体方法能够处理局部响应识别的大规模计算问题。重新校准的结果和加速表明使用 PGD 进行材料模型校准的前景看好。
具有各种悬垂和支撑结构的镍基高温合金 625 工件激光粉末床熔合过程中的原位热成像
本文档提供了有关实验和相关测量文件的详细信息，可在数据集“具有各种悬垂和支撑的镍基高温合金 625 工件的激光粉末床熔合过程中的原位热成像”中下载。测量数据是在使用商用激光粉末床熔合 (LPBF) 系统制造小型镍基高温合金 625 (IN625) 工件期间获得的。工件由两个半拱形特征组成，悬垂的斜率逐渐增加。这些悬垂范围从垂直 5° 到垂直 85°，增量为 10°。工件的几何形状和工艺受到控制，以确保沿悬垂几何形状的加工一致性。这种控制可以将悬垂几何形状和支撑结构的影响与层间扫描策略变化的影响隔离开来。测量包括每一层的高速热成像，从中可以计算出辐射温度、冷却速率和熔池长度。这次实验和数据传播的目的是双重的。第一个目标是为建模社区提供示例数据，以确保他们的模型能够正确考虑热模型中悬垂几何形状和支撑结构的影响。第二个目标是为研究人员和工艺设计人员提供有关悬垂几何形状如何影响 LPBF 工艺的基本见解。