3D激光熔覆铁基合金温度场模拟及其试验

发布时间：2021-04-09 04:37

　　通过建立Q235钢表面激光熔覆低碳铁基合金温度场三维模型,分析了熔覆层顶、底的温度随时间变化的曲线,由此对熔覆层成形质量进行预测。结合实验论证得到激光功率为2000W、扫描速度为10mm/s时,熔覆层顶、底点最高温度分别为2300℃和1500℃,有利于得到表面形貌较好、与基体良好冶金结合的熔覆层,熔覆层组织由等轴晶和垂直于界面的树枝晶构成,过渡区为富Cr、Ni的板条状马氏体;熔覆区组织均匀致密,过渡区中基体和熔覆材料产生了良好冶金结合且稀释率低,热影响区铁素体与珠光体得到了细化。 

【文章来源】：材料科学与工程学报. 2020,38(03)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

有限元网格模型图

沿扫描方向在对称面上取3处熔覆层的顶点和底点。模拟结果表明，在扫描速度为10mm/s时，激光功率越大，取样点的最高温度越高：低于1500W时底点温度小于1200℃，低于低碳钢的熔点1495℃，熔覆效果较差；大于2000W时，熔覆层顶点和底点的最高温度都达到低碳钢熔点；大于2500W时熔覆层顶点最高温度达到2800℃以上，基体熔化深度加大，稀释率过高，会降低熔覆层性能。图3为在激光功率为2000W时，扫描速度对熔覆过程温度场的影响。扫描速度为5mm/s时，熔覆层顶点最高温度达到了2800℃，熔池温度过高，导致稀释率太大及熔覆层厚度和宽度增加；扫描速度为15mm/s，熔覆层底点最高温度只有1200℃，由于热源移动太快，熔覆层整体温度降低，基体几乎不熔化，从而熔覆层与基体间冶金结合较差且容易出现裂纹。

试验装备为煜宸激光熔覆系统RC-LCD-4000-F-R3D型打印与激光再制造平台与成套设备，运动控制系统采用KUKA六轴工业机器人；基体材料采用Q235碳素结构钢，试验基板尺寸为50mm×50mm×10mm，基体表面熔覆前经砂纸打磨，去除铁锈及污渍。熔覆材料为低碳铁基合金粉末，粒度为100～270μm，成分见表1。粉盘转速为0.8r/min，载气流量为15L/min，保护气体为N2，激光光斑直径固定为3.5mm。采用控制变量法，分别改变激光功率P和扫描速度v，进行不同激光工艺参数下的单道熔覆试验。图3 激光功率2000W时不同扫描速度下取样点的温度变化曲线（a)v=5mm/s;(b)v=10mm/s;(c)v=15mm/s

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
[1]同轴送粉激光熔覆熔池数值模拟[D]. 董敢.湖南大学 2013
[2]激光熔覆熔池温度场和流场的数值模拟[D]. 赵海玲.燕山大学 2013



本文编号：3126930