超高温度梯度快速定向凝固的Cu-Mn合金胞晶间距

利用5kW CW CO2激光器对Cu-31.4%Mn合金进行了一系列表面重熔实验, 就激光束扫描速度对重熔区微观组织生长方向的影响和超高温度梯度快速定向凝固条件下胞晶间距选择规律进行了研究. 实验结果表明 熔池中微观组织的生长方向强烈地受激光工艺参数(激光输出功率和扫描速度)的影响. 通过采用本实验的工艺, 实现了与Bridgman法类似的超高温度梯度快速定向凝固, 其温度梯度可高达106K/m, 速度可高达24.1mm/s. Cu-31.4%Mn在超高温度梯度快速凝固条件下的胞晶间距存在一个分布范围.随生长速度的增大, 胞晶间距减小. 胞晶间距与生长速度的关系为 λmax=1.25v-0.61b, λmin=4.47v-0.52b, λ-=9.09v-0.62b. 实验结果与快速凝固条件下枝晶生长模型(Hunt-Lu模型)吻合.     

DD2单晶合金激光表面重熔过程中熔区组织预测

利用晶体生长的最小过冷度判据。对DD2单晶合金激光重熔区组织的生长速度进行了分析，建立了枝晶尖端生长速度与激光束扫描速度和固液界面前进速度的关系。根据此分析对熔池组织进行了预测。并与实验结果进行了比较，发现激光熔池中枝晶组织的生长方向强烈地受基材晶粒取向和激光束扫描方向的影响。枝晶生长条件下，择期取向对枝晶生长方向的影响要较热流的影响大。理论预测与实验结果相吻合。     

选区激光熔化Inconel 718合金的熔池形态与组织

通过不同扫描速度和扫描方式的选区激光熔化(SLM)技术制备了Inconel 718合金,研究了工艺参数对熔池的形态、凝固组织、晶粒大小和晶粒取向的影响。结果表明,随着扫描速度增加,熔池的深度与宽度的比值增大,曲率增大;而扫描速度为1 450mm/s时,采用单向扫描比十字交叉扫描时深宽比值更大。在熔池内,凝固组织由熔池底部的胞晶向熔池侧面的胞枝晶转变。晶粒以<001>方向择优生长,其晶粒间的取向差角以小角度(<15°)为主。当十字交叉扫描时,随着扫描速度增加,小角度取向差角的分布分数增加。当速度一定、采用十字交叉扫描时,小角度的取向差角占比为62.57%,而采用单向扫描时为47.69%。     

铸造速度对双辊薄带凝固组织影响的模拟预测

利用已建立的理论数学模型,以1Cr18Ni9Ti不锈钢为研究对象,模拟预测了在薄带厚度保持不变条件下铸造速度对薄带凝固组织中柱状晶区比例、柱状枝晶间距和取向度的影响规律.结果表明:随着铸造速度增大,1Cr18Ni9Ti不锈钢双辊薄带凝固组织中柱状晶区比例首先增大,然后又逐渐减小.而柱状枝晶取向度和枝晶间距则随着铸造速度的增大而减小,但在较快的铸造速度条件下,柱状枝晶间距在凝固结束时有突然增大的趋势.     

熔池高度对双辊薄带凝固组织影响的模拟预测

在已建立的理论数学模型的基础上，以1Cr18Ni9Ti不锈钢为研究对象，模拟预测了薄带厚度保持不变条件下熔池高度对薄带凝固组织的影响。研究结果表明：随着熔池高度增加，1Cr18Ni9Ti不锈钢双辊薄带凝固组织中柱状晶区比例首先增大，然后又逐渐减小。而柱状枝晶取向度和枝晶间距则随着熔池高度的增加而增大，但在较低的熔池高度条件下，柱状枝晶间距在凝固结束时有突然增大的趋势。     

激光重熔扫描速度对Co基合金凝固特性及显微组织的影响

提高扫描速度可使Ｃｏ基合金经激光表面重熔处理后显微组织明显细化。通过定量金相法测定枝晶二次臂间距查明,扫描速度提高一个数量级,熔池中部的二次臂间距减小一半。依据传统的凝固理论,结合激光重熔三维流场和温度场模型计算出的冷却速度和Ｃｏ－Ｃｒ－Ｃ－Ｗ集团一元要图,计算出不同扫描速度下熔池中部的二次臂间距,计算结果和实验结果符合得很好,成功地从理论上解决了实验结果,建立了激光重 工艺和     

激光重熔扫描速度对Co基合金凝固特性及显微组织的影响

提高扫描速度可使Ｃｏ基合金经激光表面重熔处理后显微组织明显细化。通过定量金相法测定枝晶二次臂间距查明,扫描速度提高一个数量级,熔池中部的二次臂间距减小一半。依据传统的凝固理论,结合激光重熔三维流场和温度场模型计算出的冷却速率和ＣｏＣｒＣＷ伪二元相图,计算出不同扫描速度下熔池中部的二次臂间距,计算结果和实验结果符合得很好,成功地从理论上解释了实验结果,建立了激光重熔的工艺和组织特征之间的联系。     

超声振动辅助激光熔化沉积316L不锈钢的微观组织演变研究

在激光熔化沉积316L不锈钢的过程中耦合不同功率的超声振动,研究了超声功率对晶粒形态尺寸、凝固组织形成机制以及晶粒生长特性的影响。研究表明,激光熔化沉积过程中316L不锈钢晶粒发生定向凝固外延生长,形成粗大的柱状晶。施加超声会将沿[100]方向外延生长的粗大原生柱状晶打碎,产生细化晶粒的效果;沿柱状晶外延生长方向传递的超声振动增大了晶粒内沿长轴方向的累积取向差,提高了平均位错密度。施加超声有助于加强熔池流体的对流,降低沿沉积方向的温度梯度,使得垂直生长的柱状晶更快转变为八字形柱状晶;同时提高合金凝固冷速,使得柱状晶宽度以及晶粒内部一次枝晶列间距减小,实现宏观晶粒尺寸与微观枝晶间距的细化。     

工艺因素对双辊薄带钢凝固组织影响的模拟预测

在已建立的理论数学模型的基础上,以1Cr18Ni9Ti不锈钢为研究对象,模拟预测了薄带钢连铸过程的主要工艺参数(浇注温度、浇注速度及熔池高度)对双辊薄带钢凝固组织中柱状晶区比例、柱状枝晶间距和取向度的影响规律,从而为通过工艺优化来控制双辊薄带钢的凝固组织和实现对双辊薄带钢质量的最佳控制提供了理论依据。     

激光重熔熔池凝固组织的实时观察研究

采用透明模型合金丁二腈-2.0%(质量分数)乙醇(SCN-2.0%Eth),实时观察了在单晶基材(001)晶面上进行激光重熔时,扫描方向偏离基材[100]晶向不同角度时熔池内枝晶生长的演化过程.研究发现,当沿平行[100]晶向的方向进行扫描时,熔池最后演变为[010]枝晶列和[01ˉ0]枝晶列平行对称生长;当扫描方向与[100]晶向的夹角为20°时,整个熔池呈现不对称振荡生长模式,即一侧一直呈[01ˉ0]枝晶列生长,另一侧呈[100]枝晶列和[010]枝晶列相互竞争交替生长;当扫描方向与[100]晶向的夹角达45°时,熔池一直呈现为[100]枝晶列和[01ˉ0]枝晶列相互垂直生长.根据枝晶择优生长准则,建立了一个描述熔池内枝晶生长行为的模型,很好地解释了实验结果.结果表明,熔池内凝固组织受熔池形态和基材晶体取向共同影响.     

激光熔覆镍基熔覆层截面形貌预测

利用BP神经网络建立激光熔覆关键工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉电压、送粉载气流量)与熔覆层截面形貌(熔宽、余高)的预测模型。以激光熔覆工艺参数为输入,熔覆层的截面形貌为输出,利用工艺试验数据对网络进行训练,实现对输入和输出的高度映射。结果表明,BP神经网络可以较好地对熔覆层形貌进行预测,同时双隐藏层BP神经网络模型预测结果误差波动更小,表现出优良的稳定性,最大预测误差相比单隐藏层神经网络大大降低。     

IN718合金增材制造温度场仿真及微观组织分析

针对微观组织的调控相关问题,构建了IN718材料激光选区熔化(selective laser melting,SLM)温度场仿真的三维有限元模型,研究了激光功率和扫描速度对熔池温度场和凝固机理的影响,进而预测增材制造材料的微观组织,为微观组织的调控提供理论依据.首先分析了激光功率和扫描速度对熔池尺寸的影响,分析了不同工...     

基于正交实验与BP神经网络的2AL2激光切割工艺参数优化

运用正交试验对2A12铝合金激光切割参数中激光功率、切割速度、气体压力的工艺数据进行极差、方差分析,得到综合质量最优的因素组合。并以切口粗糙度为研究对象,建立其BP神经网络预测模型,训练后的模型在验证样本测试中的预测值和实际值之间误差较小,从而证明了建立BP神经网络来预测激光切割切口表面粗糙度的可行性,在实际生产中对指导激光切割获得较好的切割质量有一定的实用价值。     

TiAl合金激光表面合金层中TiC凝固生长形态及机制

利用碳对TiAl金属间化合物合金进行激光表面合金化 ,制得了以TiC (MC碳化物 )为增强相的复合材料涂层 ,研究了MC碳化物的凝固生长形态及生长机制。结果表明 :在激光扫描速度为 6 .0mm/s的凝固条件下 ,MC碳化物呈现微观上具有“小片链状”生长特征的树枝状生长形态 ;当激光扫描速度增加至 16 .4mm/s时 ,其生长形态又转化为具有“三维网络”生长特征的发达树枝晶 ;TiC与Al3 Ti共晶的动力学生长过程及MC碳化物所固有的侧向生长机制是影响MC碳化物凝固生长形态选择的重要因素     

基于SOA-LSSVM的SLS成形工艺参数优化研究

为提高选择性激光烧结(SLS)成形精度,解决工艺参数优化试验成本高等问题,选择激光功率、预热温度、扫描速度、扫描间距以及分层厚度5个工艺参数设计正交试验以获得样本数据并建立统一目标函数。采用人群搜索算法(SOA)优化最小二乘支持向量机(LSSVM),建立基于SOA-LSSVM的SLS成形件精度预测模型;预测不同工艺参数组合下制件的统一性能,并与采用传统BP神经网络和LSSVM模型获得的预测结果进行对比。结果表明：SOA-LSSVM模型针对小样本预测问题具有良好的泛化能力,预测值与实际值的最大相对误差仅为1.11%,可为SLS加工参数组合的选择提供参考。     

选区激光熔化316L扫描特征参数对表面形貌影响

为研究不同扫描特征参数组合对选区激光熔化(selective laser melting,SLM)表面形貌的影响,以316L不锈钢粉末为例,进行介观尺度的单层双道数值模拟研究.基于离散元法建立单层的粉床数值模型.使用流体体积法对粉床受热部分粉末的熔化过程中的熔化、流动和凝固过程进行计算.考虑激光功率、扫描速度和扫描间距3个扫描特征参数,设计并进行正交试验,从熔道形貌特征和熔道宽度2个方面研究所选扫描特征参数对成形件表面的熔道形貌影响.依据数值模拟中的参数进行实际打印及形貌观察试验,验证数值模拟的有效性.结果表明,在313～500 J/m的线能量密度和50～90μm的扫描间距范围内,可以得到平整连续局部缺陷少的熔道形貌,且该区间内的参数组合依次线性对应;对熔道形貌的完整性影响由大到小依次为扫描速度、扫描间距和激光功率.     

Modelling of selective laser melting process with adaptive remeshing

ABSTRACT

Selective laser melting involves manufacturing of a part layer-by-layer by localised melting and solidification of metal powders. The geometry, composition, structure and property of the solidified deposit are significantly influenced by repeated exposure to the laser beam at a high scanning speed. A computationally efficient heat transfer model of selective laser melting is reported here using the finite element method with adaptive remeshing. The model has incorporated a very fine mesh, moving with the laser beam, to capture the local thermal gradient in and around the melt pool. A gradually varying coarser mesh is used away from the melt pool. The computed results are verified with that calculated using a uniform fine mesh and against reported experimental observations.     

选区激光熔化IN738LC合金成形温度场的数值模拟及实验研究

通过数值模拟根据熔池热行为变化规律对选区激光熔化工艺参数进行优化,是提高成形件质量的有效手段。为此,本论文采用ANSYS的APDL语言建立了全参数化的IN738LC合金选区激光熔化过程温度场有限元分析模型,并通过单熔道成形实验对热源模型进行校核。结果表明：随着激光功率的增加或者扫描速度的减小,粉末吸收的线性能量密度不断增加,熔池中心最高温度升高,熔融金属量增加,熔道形态由不规则断续状向规则连续长条状演化;随着扫描速度的增加或者激光功率的减小,粉末吸收的线性能量密度不断下降,熔体流动能力减弱,熔池宽度与熔化穿透深度也随之减小;有限元模拟与实验结果吻合较好,当激光功率为270 W,扫描速度为1150 mm/s时,单熔道具有连续少缺陷、规则良好的成形形貌。     

激光熔覆参数对熔覆层组织的影响

通过改变激光熔覆过程中的激光功率、扫描速度等工艺参数,获得单道激光熔覆层:分析了熔覆层组织中温度梯度/凝固速度(G/R)对凝固组织生长形态的影响规律;探讨了工艺参数对熔覆层组织、性能的影响.结果表明:熔覆层的硬度随激光功率的增加先增大后减小;随扫描速度的增加,经历一个由小到大然后再由大到小的过程.