选区激光熔化纳米TiC增强Al基复合材料数值模拟及实验研究

发布时间：2017-12-14 18:19

  本文关键词：选区激光熔化纳米TiC增强Al基复合材料数值模拟及实验研究

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【摘要】：本文针对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形纳米TiC颗粒增强Al基复合材料过程,建立了三维瞬态有限体积模型,模型中考虑了由粉体转变至实体过程中材料热物性参数的非线性变化、温度梯度引起的表面张力梯度和能量呈高斯分布的移动激光热源,研究了不同激光功率P和扫描速度V下熔池中熔体的热行为、熔池的三维尺寸及液相存在时间的变化规律。研究发现:由表面张力梯度引起的Marangoni流对于熔池中热量的传递及熔池三维形貌的改变起着重大作用;当增大激光功率或减小扫描速度时,熔池中熔体的最高温度、液相存在时间和熔池的三维尺寸都随之增大;熔池中最大温度梯度随着激光功率的增大而明显增大,但随着扫描速度的增大却呈现出略微增大的变化趋势。利用实验方法观察了SLM制备的TiC/AlSi10Mg试样的层间结合性、致密化行为及表面形貌,结果发现:当P=150 W、V=400mm/s时,SLM成形的试样致密化程度高、冶金结合良好,且无明显裂纹和孔隙;当P=100 W、V=150 mm/s时,试样表面光滑、无“球化”现象产生。进一步研究了单位长度激光能量密度(Laser Energy Per Unit Length,LEPUL)对熔池中传热传质、流体流动及颗粒重排机制的影响规律。研究发现:随着LEPUL的增大,熔池中Marangoni流变得更加剧烈,热毛细力也随之增大;同时,更高的激光激光能量输入将产生更多的液相量并提高润湿性,从而降低作用在TiC陶瓷颗粒上的粘滞阻力,有利于增强相颗粒在熔池中充分运动。利用实验方法观察了试样的显微组织及TiC颗粒在基体上的分布状态,结果发现:随着LEP UL的增大,TiC颗粒从严重团聚逐渐变为均匀弥散分布在基体上,且TiC颗粒平均尺寸也随之增大,当LEPUL达到1000 J/m时,TiC颗粒平均尺寸增至134 nm,失去原先的纳米结构。引入了能量密度呈高斯分布的激光体热源,数值模拟了不同增强相含量下熔池中的温度场及颗粒周围的速度场。研究表明:增大TiC含量有利于提高粉末系统的激光吸收率,进而提高熔池的温度并增大熔池的三维尺寸;当TiC含量增至5.0 wt.%时,TiC颗粒周围出现环流,且环流的半径随着TiC含量增大而增大。观察了试样中TiC颗粒在基体上的分布情况,随着TiC含量的增加,TiC颗粒从无规则分布状态到新颖的环状结构分布,实验与模拟结果相匹配。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333

【参考文献】

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1 田宗军;顾冬冬;沈理达;谢德巧;王东生;;激光增材制造技术在航空航天领域的应用与发展[J];航空制造技术;2015年11期

2 李静;林鑫;钱远宏;黄卫东;;激光立体成形TC4钛合金组织和力学性能研究[J];中国激光;2014年11期

3 王华明;;高性能大型金属构件激光增材制造:若干材料基础问题[J];航空学报;2014年10期

4 刘业胜;韩品连;胡寿丰;柴象海;曹源;;金属材料激光增材制造技术及在航空发动机上的应用[J];航空制造技术;2014年10期

5 卢秉恒;李涤尘;;增材制造(3D打印)技术发展[J];机械制造与自动化;2013年04期

6 李涤尘;贺健康;田小永;刘亚雄;张安峰;连芩;靳忠民;卢秉恒;;增材制造:实现宏微结构一体化制造[J];机械工程学报;2013年06期

7 顾冬冬;沈以赴;;基于选区激光熔化的金属零件快速成形现状与技术展望[J];航空制造技术;2012年08期

8 杨永强;王迪;吴伟辉;;金属零件选区激光熔化直接成型技术研究进展(邀请论文)[J];中国激光;2011年06期

9 Jyoti Mazumder;;Laser Direct Metal Deposition Technology and Microstructure and Composition Segregation of Inconel 718 Superalloy[J];Journal of Iron and Steel Research(International);2011年04期

10 任忠;王东东;白培康;马国云;;金属粉末选区激光熔化单道扫描热应力场的数值模拟[J];热加工工艺;2010年15期

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本文编号：1288891