Ti6Al4V钛合金脉冲激光抛光微裂纹产生机理与尺寸特征研究

发布时间：2018-02-21 16:30

  本文关键词： 钛合金 激光抛光 温度场 应力场 微裂纹产生机理 微裂纹尺寸特征　出处：《西安交通大学学报》2015年12期 　论文类型：期刊论文

【摘要】：为研究脉冲激光抛光过程中微裂纹产生机理及抛光主要参数对微裂纹尺寸特征的影响规律,建立了脉冲激光抛光温度场与应力场的有限元计算模型。在有限元模型建立过程中,采用温度场与应力场的顺序耦合方式,考虑了相变潜热和随温度显著变化的材料参数,得到了温度场与应力场在时间上和空间上的变化规律。通过温度场、应力场以及Ti6Al4V钛合金的凝固过程分析,揭示了Ti6Al4V钛合金激光抛光过程中微裂纹产生机理与尺寸特征规律。通过脉冲激光抛光实验验证有限元计算模型的有效性,结果表明:Ti6Al4V钛合金激光抛光微裂纹产生于Ti6Al4V钛合金的凝固时刻,微裂纹的宽度决定于Ti6Al4V钛合金凝固时刻热应力引起的塑性变形,微裂纹的深度决定于Ti6Al4V钛合金激光抛光熔池深度;激光功率是微裂纹尺寸特征的主要影响因素,激光功率增大时微裂纹宽度及深度均显著增大;在脉冲激光抛光中可通过外加预热的方式减缓熔融态金属的冷却速度,以减小抛光后的表面裂纹,有效减小微裂纹尺寸特征。
[Abstract]:In order to study the mechanism of microcrack generation in pulsed laser polishing and the influence of main polishing parameters on the size characteristics of microcracks, a finite element calculation model of temperature field and stress field of pulsed laser polishing was established. In this paper, the sequential coupling of temperature field and stress field is used to consider the latent heat of phase transition and material parameters that vary significantly with temperature. The variation of temperature field and stress field in time and space is obtained. The stress field and solidification process of Ti6Al4V titanium alloy are analyzed to reveal the mechanism and size characteristic of microcracks in laser polishing of Ti6Al4V titanium alloy. The validity of finite element calculation model is verified by pulsed laser polishing experiment. The results show that the laser polishing microcracks of Ti _ 6AL _ 4V alloy occur at the solidification time of Ti6Al4V, and the width of the microcracks depends on the plastic deformation caused by the thermal stress during the solidification of Ti6Al4V titanium alloy. The depth of microcrack is determined by the depth of laser polishing pool of Ti6Al4V titanium alloy, the laser power is the main factor affecting the size characteristics of microcrack, and the width and depth of microcrack increase with the increase of laser power. In pulsed laser polishing, the cooling rate of molten metal can be slowed down by adding preheating to reduce the surface crack after polishing and effectively reduce the size characteristics of microcracks.
【作者单位】： 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室;
【基金】：陕西省工业攻关计划资助项目(2014K06-03)
【分类号】：TG665

【参考文献】

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【共引文献】

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【二级参考文献】

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本文编号：1522336