01
বিমূর্ত
টংস্টেন, এর উচ্চ গলনাঙ্ক, ভাল তাপ পরিবাহিতা, এবং কম হাইড্রোজেন ধারণ করার কারণে, পারমাণবিক ফিউশন চুল্লিতে প্লাজমা{0}}ভিত্তিক উপাদানগুলির জন্য একটি আদর্শ উপাদান। যাইহোক, এর অন্তর্নিহিত ভঙ্গুরতা এবং উচ্চ নমনীয়-ভঙ্গুর স্থানান্তর তাপমাত্রা (DBTT) লেজার প্রক্রিয়াকরণের সময় এটিকে ক্র্যাক করার জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল করে তোলে। এটি মূলত অত্যন্ত উচ্চ শীতল হার এবং তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্টের কারণে তাপীয় চাপ এবং শস্যের সীমানা দুর্বল হওয়ার কারণে। ক্র্যাকিং দমন করার বিদ্যমান পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে সাবস্ট্রেট প্রিহিটিং, ন্যানো পার্টিকেল অ্যালোয়িং এবং স্পন্দিত লেজার, তবে এই পদ্ধতিগুলির সীমাবদ্ধতা রয়েছে যেমন পাউডার অবক্ষয়, গঠনগত পরিবর্তন, বা বর্ধিত পোরোসিটি। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, লেজার বিম শেপিং (যেমন রিং বিম) পিক পাওয়ারের ঘনত্ব কমাতে, গভীর অনুপ্রবেশ ঢালাইকে তাপীয় পরিবাহী ঢালাইয়ে রূপান্তরিত করতে, কার্যকরভাবে তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট এবং শীতল করার হার কমাতে ব্যবহার করা হয়েছে। লেজার রশ্মি দোলন গলিত পুলকে আলোড়িত করতে পারে, তাপ ইনপুটকে আরও একত্রিত করতে পারে এবং সুষম শস্য গঠনের প্রচার করতে পারে। উভয় পদ্ধতিই থার্মোডাইনামিক নিয়ন্ত্রণের উপর ভিত্তি করে এবং পরিপূরক প্রক্রিয়া রয়েছে। এই কাগজটি প্রিহিটিং বা পরিবর্তন ছাড়াই বিশুদ্ধ টংস্টেনের পুনরাবৃত্তিযোগ্য ক্র্যাক-মুক্ত ঢালাই অর্জনের জন্য তাদের একত্রিত করার প্রস্তাব করেছে। ফাটল, গলিত পুল এবং মাইক্রোস্ট্রাকচারের উপর মরীচি আকৃতি এবং দোলন পরামিতিগুলির প্রভাবগুলি পদ্ধতিগতভাবে অধ্যয়ন করা হয়, যা পরবর্তী সংযোজন উত্পাদনের জন্য একটি রেফারেন্স প্রদান করে।
02
ওভারভিউ
এই গবেষণাটি পদ্ধতিগতভাবে তিনটি লেজার রশ্মির আকৃতির-গাউসিয়ান রশ্মি, রিং কোর ডিস্ট্রিবিউশন (RC 80/20), এবং অ্যানুলার বিম-বিভিন্ন দোলন প্যারামিটারের অধীনে বিশুদ্ধ টংস্টেন পাতলা প্লেটে একক-পাস ওয়েল্ডের ক্র্যাকিং আচরণের উপর তুলনা করে। থার্মোফিজিকাল সিমুলেশন, অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপি বিশ্লেষণ, এবং EBSD চরিত্রায়নের সমন্বয়ে, ম্যাক্রোস্কোপিক ক্র্যাক পরিসংখ্যান এবং গলিত পুল জ্যামিতি থেকে মাইক্রোস্কোপিক শস্য কাঠামো পর্যন্ত একটি মাল্টি-স্কেল বিশ্লেষণ পরিচালিত হয়েছিল। পরীক্ষামূলক ফলাফল দেখায় যে গাউসিয়ান রশ্মি, তার অত্যধিক উচ্চ শিখর শক্তির কারণে, সহজেই একটি গভীর এবং সরু গলিত পুল (গভীরতা-থেকে-প্রস্থ অনুপাত > 1) গঠন করে, যার ফলে মারাত্মক ফাটল দেখা দেয়, যার ফাটলমুক্ত হার মাত্র 36%। বিপরীতে, কুণ্ডলীকার এবং RC 80/20 বিমগুলি, সর্বোচ্চ শক্তির ঘনত্ব হ্রাস করে, গলিত পুলকে প্রশস্ত এবং অগভীর করে, তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট এবং শীতল করার হার উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। RC 80/20 বিম একাই ক্র্যাক{19}}মুক্ত হার 80% অর্জন করতে পারে। এই ফাউন্ডেশনের উপর ভিত্তি করে, লেজার রশ্মির দোলন সংযোজন সমস্ত রশ্মির প্রকারে ক্র্যাকিংকে আরও দমন করে, আকৃতির অনুপাত সাধারণত 1-এর নিচে নেমে যায়। RC 80/20 এবং দোলনের সংমিশ্রণ সর্বোত্তম পারফর্ম করেছে, 55টি প্যারামিটার সেট জুড়ে 91% ক্র্যাক{26}মুক্ত হার অর্জন করেছে। তদ্ব্যতীত, এটি গলিত পুলের মধ্যে বৃহত্তর ইকুইক্সড স্ফটিক গঠনের ফলে, 45% পর্যন্ত সিমুলেটেড কুলিং রেট হ্রাসের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে মেলে। চূড়ান্ত পরিসংখ্যানগত বিশ্লেষণে প্রকাশ করা হয়েছে যে মরীচির আকৃতি, লেজারের শক্তি এবং স্ক্যানিং গতি হল সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য পরামিতি যা ক্র্যাক সূচনাকে প্রভাবিত করে, যখন দোলন ফ্রিকোয়েন্সি এবং প্রশস্ততা এই গবেষণার সুযোগের মধ্যে কোন উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলেনি। এটি প্রমাণ করে যে মরীচি আকৃতি এবং দোলনের সম্মিলিত কৌশল প্রিহিটিং বা উপাদান পরিবর্তন ছাড়াই টাংস্টেনের পুনরাবৃত্তিযোগ্য ফাটল-মুক্ত ঢালাই অর্জন করতে পারে।
03
গ্রাফিক বিশ্লেষণ
চিত্র 1 এর উপরের বাম কোণে থাকা ডেটা দেখায় যে, একই স্পট ব্যাস (202 μm) এবং প্রক্রিয়া অবস্থার অধীনে, RC 80/20 বিমের তাপমাত্রা গ্রেডিয়েন্ট G গাউসিয়ান বিমের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম, যখন বৃদ্ধির হার R সামান্য বেশি। উপরের ডানদিকের কোণায় কুলিং রেট গণনার ফলাফলের মূল বিষয়টি রয়েছে-আরসি 80/20 বিমের শীতল হার একই স্পট ব্যাসের গাউসিয়ান রশ্মির তুলনায় প্রায় 40% হ্রাস পেয়েছে, এবং কণাকার রশ্মির জন্য প্রায় 45% কমিয়েছে। নীচের সিমুলেটেড গলিত পুল ক্রস-বিভাগটিও এটিকে দৃশ্যমানভাবে প্রতিফলিত করে: আকৃতির বিমের গলিত পুলটি আরও প্রশস্ত এবং অগভীর। এই ডেটা সরাসরি ব্যাখ্যা করে যে কেন মরীচি আকৃতি কার্যকরভাবে তাপীয় চাপ{13}}প্ররোচিত ফাটল কমাতে পারে, তাপগতিগত দৃষ্টিকোণ থেকে পরবর্তী পরীক্ষাগুলির জন্য শক্তিশালী সমর্থন প্রদান করে।
চিত্র 2 একটি গাউসিয়ান মরীচির সাথে মিলে যায়। দোলন ছাড়া, একটি অনুদৈর্ঘ্য ফাটল পুরো জোড়ের মধ্যে প্রবেশ করে। যাইহোক, দোলন যোগ করার সাথে, এমনকি একই লাইনের শক্তি ঘনত্বেও, ফাটলটি সম্পূর্ণরূপে অদৃশ্য হয়ে যায়। চিত্র 3 একটি RC 80/20 মরীচির সাথে মিলে যায়। দোলন ছাড়া, উচ্চ রেখার শক্তি ঘনত্বে একটি ফাটল এখনও বিদ্যমান। দোলন যোগ সঙ্গে, ফাটল সম্পূর্ণরূপে নির্মূল করা হয়। এটি সম্পূর্ণরূপে প্রমাণ করে যে মরীচি আকৃতি নির্বিশেষে, দোলন কার্যকরভাবে ফাটল দমন করতে পারে। প্রক্রিয়াটি হল যে মরীচি দোলন গলিত পুলকে আলোড়িত করে, তাপ ইনপুটকে আরও অভিন্ন করে তোলে। মূলত সরু এবং গভীর গলিত পুলটি উল্লেখযোগ্যভাবে প্রশস্ত করা হয়েছে, এবং গভীরতা-থেকে-প্রস্থের অনুপাত 1-এর নিচে নেমে গেছে। ঢালাই মোড গভীর অনুপ্রবেশ ঢালাই থেকে তাপ পরিবাহী ঢালাইতে পরিবর্তিত হয়, যার ফলে তাপীয় চাপ মুক্তি পায়।
চিত্র 4 মাইক্রোস্ট্রাকচারাল স্তরে প্রক্রিয়াকরণ কৌশলের প্রভাব পরিমাপ করে। বাম দিক দেখায় যে গাউসিয়ান বিমের গড় শস্যের আকার (93 μm) মাত্র 10.2 μm; একা RC 80/20 (202 μm) ব্যবহার করলে এটি 14.3 μm পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়; এবং যখন RC 80/20 দোলনের সাথে মিলিত হয়, তখন দানাগুলি আরও মোটা হয়ে যায়, যা শীতল করার হারে 45% হ্রাসের সিমুলেশন ফলাফলের সাথে পুরোপুরি মেলে। ডানদিকের আকৃতির অনুপাতের ডেটা দেখায় যে আকৃতি এবং দোলন সংমিশ্রণের দানাগুলি ইকুয়াক্সের কাছাকাছি (অনুপাত 1 এর কাছাকাছি), যখন গাউসিয়ান রশ্মির দানাগুলি স্পষ্টভাবে কলামার (অনুপাত বড়)। একটি উচ্চ অনুপাত এবং বৃহত্তর সংখ্যক ইকুইক্সড শস্যের অর্থ হল উপাদানটির যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি আরও আইসোট্রপিক, এবং ফাটল বিস্তারের প্রতিরোধ ক্ষমতা শক্তিশালী, এইভাবে ব্যাখ্যা করে কেন ফাটলগুলি মাইক্রোস্ট্রাকচারাল স্তরে কার্যকরভাবে দমন করা হয়।
04
সারাংশ
এই গবেষণাটি নিশ্চিত করে যে লেজার রশ্মির আকৃতি এবং দোলনের একটি সম্মিলিত কৌশল প্রিহিটিং বা উপাদান পরিবর্তন ছাড়াই বিশুদ্ধ টংস্টেনের পুনরাবৃত্তিযোগ্য ক্র্যাক-মুক্ত ঢালাই অর্জন করতে পারে। পরীক্ষিত পরামিতিগুলির মধ্যে, দোলনের সাথে মিলিত RC 80/20 রিং কোর রশ্মি সর্বোত্তম ফলাফল দিয়েছে, 91% ফাটলমুক্ত হার অর্জন করেছে, যা গাউসিয়ান বিমের 36% থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি। এই সংমিশ্রণটি পিক পাওয়ারের ঘনত্ব কমিয়ে এবং গলিত পুলকে আলোড়িত করে, ঢালাই মোডকে তাপে রূপান্তরিত করে-ঢালাই পরিচালনা করে, শীতল হওয়ার হারকে 45% পর্যন্ত কমিয়ে, এবং বৃহত্তর ইকুয়াক্সড স্ফটিক গঠনের প্রচার করে ফাটল দমন করে। রশ্মির আকৃতি, লেজারের শক্তি এবং স্ক্যানিং গতি হল মূল প্রভাবক পরামিতি, যখন দোলন ফ্রিকোয়েন্সি এবং প্রশস্ততা সামান্য প্রভাব ফেলে। ভবিষ্যত গবেষণার জন্য মাল্টি-লেয়ার, মাল্টি-পাস ল্যামিনেশন এবং প্রকৃত PBF-LB/M উত্পাদনে এই কৌশলটির প্রযোজ্যতা যাচাই করতে হবে।
