激光熔覆Ni-Fe-Al混合粉末数值模拟研究
文献类型：期刊论文
| 作者 | 张正; 张文武; 宁成义; 焦俊科; 徐子法 |
| 刊名 | 中国机械工程学会特种加工分会
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| 出版日期 | 2017 |
| 页码 | 1 |
| 关键词 | 激光熔覆 数值模拟 Ni-fe-al混合粉末 温度场 |
| 产权排序 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所; |
| 英文摘要 | 为了研究Ni-Fe-Al混合粉末在镍基合金上熔覆的机理,找到不同工艺参数对熔覆质量的影响规律,根据非线性瞬态热传导微分方程,建立Ni-Fe-Al混合粉末-镍基合金激光熔覆数学模型。熔覆试验采用预置铺粉方式,用ANSYS软件建立了激光熔覆的三维有限元模型,基体尺寸为25mm×6mm×3mm,建立模型中熔覆层为矩形。在有限元模型中做出如下假设:(1)材料为各向同性,即式中λx=λy=λz;(2)不考虑材料的气化作用和熔池内液态流动对温度场的影响。熔覆实验参数为:激光功率382W,熔覆速度10mm/s,光斑直径1.5mm。得到基体的熔池深度h=0.125mm,基体的熔池宽度度W=1.5mm。此时熔覆层的稀释率η=20%,可以确定熔覆层与基体形成了良好的冶金结合。在相同熔覆速度和光斑直径的条件下,激光功率决定了各点的功率密度的大小,直接影响熔池深度和熔池宽度。当熔覆速度为10mm/s,光斑直径为1.5mm时,在激光功率低于305W时,基体材料的熔池深度和宽度为0;在激光功率高于382W时,在一定范围内激光功率越高,基体材料的熔池深度越深,基体材料的熔池宽度越宽,且呈线性变化。在相同的激光功率和光斑直径的条件下,熔覆速度决定了激光束在熔覆层辐射时间的长短。在激光功率为382W,光斑直径为1.5mm时,在熔覆速度大于12mm/s时,基体材料的熔池深度接近于0,熔池宽度急剧减少,且都呈非线性变化。是因为熔覆速度大时光粉耦合作用时间变短,向基体材料传递的能量减少,熔池深度和熔池宽度减小。在熔覆速度小于10mm/s时,在一定范围内熔覆速度越小,基体材料的熔池深度越深,基体材料的熔池宽度越宽,且呈线性变化,有利于熔覆层与基体材料发生冶金结合。试验结果与仿真结果进行对比发现:试验熔池深度△h_1=0.645mm,仿真熔池深度△h_2=0.625mm;试验熔池宽度w_1=1.55mm,仿真熔池宽度w_2=1.50mm。可看出,试验结果都略高于仿真结果,这是由于仿真光斑半径大小与试验激光装置的光斑半径存在一定的误差。导致激光熔覆过程中,熔池深度和宽度的仿真结果比试验值小。但总体来讲,仿真结果与实验结果基本吻合,说明该有限元模型可仿真实验中温度场的分布,也验证了该仿真的可靠性。通过对不同激光功率、熔覆速度的激光温度场的模拟分析,发现熔池深度和宽度与激光功率成正比,与熔覆速度成反比。这为合理的选择激光熔覆工艺提供了理论基础。 |
| 公开日期 | 2018-12-04 |
| 源URL | [http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/16634]  |
| 专题 | 2017专题 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张正,张文武,宁成义,等. 激光熔覆Ni-Fe-Al混合粉末数值模拟研究[J]. 中国机械工程学会特种加工分会,2017:1. |
| APA | 张正,张文武,宁成义,焦俊科,&徐子法.(2017).激光熔覆Ni-Fe-Al混合粉末数值模拟研究.中国机械工程学会特种加工分会,1. |
| MLA | 张正,et al."激光熔覆Ni-Fe-Al混合粉末数值模拟研究".中国机械工程学会特种加工分会 (2017):1. |
入库方式： OAI收割
来源：宁波材料技术与工程研究所
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