面向增材制造的熔池凝固组织演变的相场研究

作     者：肖文甲 许宇翔 宋立军 Xiao Wenjia;Xu Yuxiang;Song Lijun

作者机构：湖南大学机械与运载工程学院智能激光制造湖南省重点实验室长沙410082 佛山科学技术学院机电工程与自动化学院广东佛山528225 

基　　金：国家重点研发计划(2020YFB2007600) 国家自然科学基金(51875190) 广东省基础研究与应用基础研究(2020A1515110635)资助项目 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2021年第53卷第12期

页      码：3252-3262页

摘      要：激光增材制造(laser additive manufacturing,LAM)技术极适合复杂整体构件的近净成形和高附值损伤件的快速修复.然而,激光增材制造熔池内部复杂的动态凝固过程显著影响成形件的终态组织,进而制约其服役性能.本文针对激光直接能量沉积(direct energy deposition by laser,DED-L)Inconel 718过程,构建宏观传热传质与多相场耦合的多尺度数学模型,解决了熔池宏-微观温度场的直接耦合,并基于MPI并行程序设计实现了熔池二维的全域定量模拟,研究了凝固过程中的晶粒演变过程.结果表明,模拟的熔池尺寸、凝固界面与实验结果吻合较好.熔池凝固界面形态和晶体择优取向是影响晶粒演变的重要因素.在熔池横截面上,凝固过程主要受温度梯度方向的驱使,取向与温度梯度方向夹角越小的晶粒占优生长.在纵截面上,晶粒的生长表现出弯曲生长以及"上三角"的晶粒特征,温度梯度方向的渐变导致了晶粒弯曲,相邻晶粒的竞争行为决定了晶粒形貌.本文阐明了金属激光增材制造晶粒演变的机理,有助于厘清增材制造热物理、化学、冶金过程,为凝固组织的预测和调控提供理论指导.此外,该多尺度数学模型也适用于其他金属材料的激光增材制造过程.

主 题 词：激光增材制造 镍基高温合金 晶粒演变 熔池凝固 多尺度模拟 

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械学] 080201[080201] 

核心收录：

D　O　I：10.6052/0459-1879-21-364

馆 藏 号：203107145...