Inconel718合金激光选区熔化温度场和流场的微观模拟与实验研究

发布时间：2024-02-03 21:45

　　激光选区熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)作为最具潜力的增材制造方法之一,拥有广阔的应用前景。Inconel 718合金在高温条件下具有良好的组织稳定性和综合力学性能,被广泛应用于航空航天、石油化工和医用材料等领域。目前,在对激光选区熔化过程的研究中,没有合适的仪器能够捕捉在激光与粉末相互作用区内发生的复杂物理、化学以及冶金现象。应用模拟仿真再现这一过程,实现工艺参数调整和优化对于增材制造领域的学术研究和行业应用具有重要的现实意义。本文以激光选区熔化成形Inconel 718镍基高温合金熔池内的微观现象为研究对象,应用有限元模拟软件COMSOL Multiphysics中的传热模块和层流模块,建立三维瞬态有限元模型,研究激光选区熔化过程中工艺参数对熔池温度场、流场、熔池尺寸和形貌产生的影响,并通过激光选区熔化实验验证模拟结果。在三维模型建立的过程中,综合考虑了激光与多孔粉床之间的相互作用、粉末材料物相转变产生的热物理性能变化、熔池表面张力梯度引起的Marangoni效应、粉末材料在激光能量作用下产生的熔化、蒸发和凝固等现象。研究结果表明:随着激光连续扫描...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
物理量名称及符号表
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 激光选区熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)
        1.2.1 技术原理
        1.2.2 技术特点与应用
    1.3 Inconel718 合金
        1.3.1 性质与特征
        1.3.2 Inconel718 合金的激光选区熔化成形
    1.4 国内外研究现状
    1.5 研究内容
第2章 有限元建模与分析过程
    2.1 假设
    2.2 物理模型开发
    2.3 控制方程
    2.4 移动热源模型的加载
    2.5 初始条件和边界条件
        2.5.1 初始条件
        2.5.2 边界条件
    2.6 热物性参数
    2.7 材料的相变
    2.8 数值模拟
    2.9 本章小结
第3章 Inconel718 合金激光选区熔化过程的实验校核
    3.1 实验条件
        3.1.1 激光选区熔化成形设备
        3.1.2 粉末材料
        3.1.3 基板材料
    3.2 实验方法
    3.3 显微组织分析方法
        3.3.1 光学显微镜(OM)分析
    3.4 本章小结
第4章 激光选区熔化熔池温度场模拟和工艺参数研究
    4.1 Marangoni效应对激光选区熔化加工过程的影响
    4.2 熔池温度分布和熔池形貌特征
    4.3 工艺参数对熔池热行为和尺寸形貌的影响
        4.3.1 激光功率对熔池热行为及尺寸形貌的影响
        4.3.2 扫描速度对熔池热行为和尺寸形貌的影响
        4.3.3 搭接率对熔池热行为和尺寸形貌的影响
        4.3.4 粉层厚度对熔池热行为和尺寸形貌的影响
    4.4 本章小结
第5章 激光选区熔化过程流场模拟和成形机理分析
    5.1 蒸发对激光选区熔化加工过程的影响
    5.2 熔池内熔体流动和缺陷形成机理
        5.2.1 熔池相场和温度场分析
        5.2.2 熔池流场分析
    5.3 蒸发对熔池温度场和流场的影响
        5.3.1 不同激光功率下蒸发的影响
        5.3.2 不同扫描速度下蒸发的影响
    5.4 蒸发对熔池尺寸和形貌的影响
        5.4.1 蒸发对熔池尺寸的影响
        5.4.2 蒸发对熔池形貌的影响
    5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文和科研成果
致谢



本文编号：3894736