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《Laser Metal Deposition Process of Metals, Alloys, and Composite Materials》
金属、合金和复合材料的激光金属沉积工艺
作者:Rasheedat Modupe Mahamood
出版社:Springer
出版时间:2018年
《Laser Metal Deposition Process of Metals, Alloys, and Composite Materials》
《Laser Metal Deposition Process of Metals, Alloys, and Composite Materials》
《Laser Metal Deposition Process of Metals, Alloys, and Composite Materials》
《Laser Metal Deposition Process of Metals, Alloys, and Composite Materials》
目录
1 Introduction to Laser Metal Deposition Process . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Additive Manufacturing Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Brief Background of Laser Metal Deposition Process. . . . . . . . . 4
1.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Laser Basics and Laser Material Interactions. . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 History and Development of Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Types of Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.1 Solid State Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.2 Gaseous State Laser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.3 Liquid State Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.4 Chemical Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.5 Semiconductor Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Properties of Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.1 Monochromaticity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.2 Coherency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.3 Directionality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.5 Principles of Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5.1 Amplifying or Gain Medium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5.2 Pumping System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5.3 Optical Resonance System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.6 Laser Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.7 Areas of Application of Laser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.8 Laser Material Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3 Laser Metal Deposition Process, Solidification Mechanism
and Microstructure Formation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 Laser Metal Deposition Process Description . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3 The Advantages and Limitations of Laser Metal
Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4 Solidification and Microstructural Evolution During
the LMD Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.5 Properties Resulting from LMD Process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4 Processing Parameters in Laser Metal Deposition Process. . . . . . . . 61
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2 Processing Parameter in Laser Metal Deposition Process . . . . . . 62
4.2.1 Laser Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.2.2 Effect of Laser Power on the Surface Finish . . . . . . . . . 63
4.2.3 Effect of Laser Power on the Microstructure . . . . . . . . . 68
4.2.4 Effect of Laser Power on the Mechanical and
Tribological Properties. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.3 Scanning Velocity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.3.1 Effect of Scanning Speed on the Surface Finish . . . . . . 78
4.3.2 Effect of Scanning Speed on the Microstructure . . . . . . 81
4.3.3 Effect of Scanning Speed on the Mechanical
and Tribological Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.4 Powder or Wire Flow Rate and Gas Flow Rate . . . . . . . . . . . . . 88
4.5 Laser Beam Diameter and Overlap Percentage . . . . . . . . . . . . . . 89
4.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5 Laser Metal Deposition of Metals and Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.2 Laser Metal Deposition of Metal-Alloys. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
6 Laser Metal Deposition of Composites and Functionally Graded
Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
6.2 Laser Metal Deposition of Composite Materials . . . . . . . . . . . . . 120
6.3 Laser Metal Deposition of Functionally Graded Composite
Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
7 Areas of Application of Laser Metal Deposition Process–Part
Repair and Remanufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
7.2 Laser Metal Deposition Process in Repair . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
7.3 Laser Metal Deposition Process in Remanufacturing . . . . . . . . . 153
7.4 Laser Metal Deposition in Surface Modification. . . . . . . . . . . . . 156
7.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
8 Laser Metal Deposition of Titanium Alloy and Titanium Alloy
Composite: Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
8.2 Case Study 1: Scanning Velocity Effect on Properties
of Titanium Alloy Produced by Laser Metal Deposition
Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
8.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
8.2.2 Experimental Procedure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
8.2.3 Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
8.2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
8.3 Case Study 2: Effect of Laser Power on Laser Metal Deposited
Ti6Al4V/TiC Composite. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
8.3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
8.3.2 Wear Performance Behaviour of Ti6Al4V. . . . . . . . . . . 176
8.3.3 Experimental Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
8.3.4 Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
8.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
9 Research Advancements in Laser Metal Deposition Process . . . . . . 197
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
9.2 Additive Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
9.3 Laser Metal Deposition Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
9.4 Research Progress in Laser Metal Deposition Process . . . . . . . . 202
9.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
10 Future Research Need and in Laser Metal Deposition Process
and Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
10.2 Future Research Need in Laser Metal Deposition Process . . . . . 213
10.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
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