超音速激光沉积Ti-6Al-4V合金结合界面特征数值模拟及试验验证
发布时间：2021-11-19 13:40
目的探究超音速激光沉积（SLD）过程中激光辐照温度和颗粒撞击速度对Ti-6Al-4V合金结合界面特征的影响规律,并通过试验对数值模拟结果进行验证。方法基于Johnson-cook材料模型,利用ABAQUS2017软件并采用欧拉-拉格朗日耦合CEL（CoupledEuler-Lagrange）计算模型和Lagrange计算模型,进行Ti-6Al-4V单颗粒和多颗粒的撞击行为数值模拟,并结合超音速激光沉积试验验证模拟结果。采用扫描电镜（SEM）和光镜（OM）对涂层的界面结合特征进行观察和分析。结果单颗粒撞击温度场模拟结果表明,当激光辐照温度为1073K时,随着撞击速度的增加,颗粒界面结合温度不断升高。当撞击速度为800m/s和900 m/s时,颗粒与基体局部最高温度分别为1876.7 K和1874.8 K,界面发生微熔。800 m/s时,颗粒压缩率为34.3%,扁平率为1.27,有效塑性应变为2.6,基体的凹坑深度为7.88μm,该参数下的超音速激光沉积涂层界面结合良好。多颗粒撞击温度场模拟结果表明,当撞击速度为800 m/s时,随着激光辐照温度的升高,孔隙逐渐减少。激光辐照温度为1073...
【文章来源】：表面技术. 2020,49(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同激光功率对钛合金涂层孔隙率的影响
采用有限元分析软件ABAQUS 2017/Explicit动态分析模块，建立如图1a所示的单颗粒三维CEL计算模型（其中颗粒采用欧拉体，基体采用拉格朗日体）和如图1b所示的多颗粒Lagrange计算模型。CEL模型采用1/2对称几何模型，Ti-6Al-4V颗粒采用粒径为35μm的球形粒子。为保证变形区的计算精度，取基体高度和半径为Ti-6Al-4V颗粒半径的10倍，即基体高度和半径均为175μm，其中，选取单位类型为热-力耦合的缩减积分六面体（欧拉）单元（EC3D8RT/C3D8RT）。颗粒和基体都采用均匀细密的六面体（hex）网格，其中颗粒与基体碰撞区域采用较细的网格，其他区域采用较大的网格。基体底面为固定约束，对称边界采用对称约束，其余边界为自由边界。1.2 试验设备、材料和表征方法
试验所采用的SLD沉积系统原理示意图见文献[17]，主要由冷喷涂系统、光纤耦合半导体激光器、机械手臂和气源供应装置组成。激光器配置红外高温仪，用于监测和控制沉积区域的温度。试验采用的粉末为气雾化法制备的Ti-6Al-4V球形颗粒，平均粒径为35μm，粉末的显微形貌如图2所示。基体为轧制态的Ti-6Al-4V合金，喷涂试验前，在基体表面进行喷砂、脱脂预处理。喷涂试验后采用电火花线切割制取涂层的截面金相试样，并用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜（OM）对涂层内部的颗粒界面结合特征进行观察和分析。2 结果与讨论
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金电子束沉积修复工艺研究[J]. 刘容光,卜文德,刘小江,柯黎明. 精密成形工程. 2018(06)
[2]超音速激光沉积Ti6Al4V涂层的微观结构及耐蚀性能[J]. 李波,吴丽娟,张欣,马春飞,张群莉,姚建华. 中国表面工程. 2018(05)
[3]金属基复合材料WC/SS316L超音速激光沉积行为及电化学失效机理[J]. 金琰,李波,张欣,吴丽娟,张群莉,姚建华,刘蓉. 中国激光. 2018(01)
[4]冷喷涂TC4涂层临界沉积速度计算及制备涂层性能研究[J]. 靳磊,崔向中,丁元法,张岚,苏向东. 表面技术. 2017(08)
[5]Influence of α/β interface phase on the tensile properties of laser cladding deposited Ti–6Al–4V titanium alloy[J]. Zhuang Zhao,Jing Chen,Shuai Guo,Hua Tan,Xin Lin,Weidong Huang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(07)
[6]基于冷喷涂制备ZrC掺杂NiAl热障涂层粘结层[J]. 谢瑞广,李长久,崔红. 表面技术. 2016(10)
[7]冷喷涂特性[J]. 李文亚,李长久. 中国表面工程. 2002(01)
博士论文
[1]冷喷涂粉末粒子加速行为及沉积机理的研究[D]. 殷硕.大连理工大学 2012
本文编号：3505159
【文章来源】：表面技术. 2020,49(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同激光功率对钛合金涂层孔隙率的影响
采用有限元分析软件ABAQUS 2017/Explicit动态分析模块，建立如图1a所示的单颗粒三维CEL计算模型（其中颗粒采用欧拉体，基体采用拉格朗日体）和如图1b所示的多颗粒Lagrange计算模型。CEL模型采用1/2对称几何模型，Ti-6Al-4V颗粒采用粒径为35μm的球形粒子。为保证变形区的计算精度，取基体高度和半径为Ti-6Al-4V颗粒半径的10倍，即基体高度和半径均为175μm，其中，选取单位类型为热-力耦合的缩减积分六面体（欧拉）单元（EC3D8RT/C3D8RT）。颗粒和基体都采用均匀细密的六面体（hex）网格，其中颗粒与基体碰撞区域采用较细的网格，其他区域采用较大的网格。基体底面为固定约束，对称边界采用对称约束，其余边界为自由边界。1.2 试验设备、材料和表征方法
试验所采用的SLD沉积系统原理示意图见文献[17]，主要由冷喷涂系统、光纤耦合半导体激光器、机械手臂和气源供应装置组成。激光器配置红外高温仪，用于监测和控制沉积区域的温度。试验采用的粉末为气雾化法制备的Ti-6Al-4V球形颗粒，平均粒径为35μm，粉末的显微形貌如图2所示。基体为轧制态的Ti-6Al-4V合金，喷涂试验前，在基体表面进行喷砂、脱脂预处理。喷涂试验后采用电火花线切割制取涂层的截面金相试样，并用扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜（OM）对涂层内部的颗粒界面结合特征进行观察和分析。2 结果与讨论
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC4钛合金电子束沉积修复工艺研究[J]. 刘容光,卜文德,刘小江,柯黎明. 精密成形工程. 2018(06)
[2]超音速激光沉积Ti6Al4V涂层的微观结构及耐蚀性能[J]. 李波,吴丽娟,张欣,马春飞,张群莉,姚建华. 中国表面工程. 2018(05)
[3]金属基复合材料WC/SS316L超音速激光沉积行为及电化学失效机理[J]. 金琰,李波,张欣,吴丽娟,张群莉,姚建华,刘蓉. 中国激光. 2018(01)
[4]冷喷涂TC4涂层临界沉积速度计算及制备涂层性能研究[J]. 靳磊,崔向中,丁元法,张岚,苏向东. 表面技术. 2017(08)
[5]Influence of α/β interface phase on the tensile properties of laser cladding deposited Ti–6Al–4V titanium alloy[J]. Zhuang Zhao,Jing Chen,Shuai Guo,Hua Tan,Xin Lin,Weidong Huang. Journal of Materials Science & Technology. 2017(07)
[6]基于冷喷涂制备ZrC掺杂NiAl热障涂层粘结层[J]. 谢瑞广,李长久,崔红. 表面技术. 2016(10)
[7]冷喷涂特性[J]. 李文亚,李长久. 中国表面工程. 2002(01)
博士论文
[1]冷喷涂粉末粒子加速行为及沉积机理的研究[D]. 殷硕.大连理工大学 2012
本文编号：3505159
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3505159.html
