选择性激光熔化IN718镍基高温合金温度场分析及组织演变规律

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选择性激光熔化(SLM)作为增材制造(AM)技术最重要的分支之一,在直接制造3D部件时,展示了在选择材料和形状构型方向具有巨大的灵活性。目前选择性激光熔化技术已经广泛应用于航空航天和医学等领域。而选择性激光熔化沉积IN718镍基高温合金过程涉及复杂的加工参数和熔化/固化机理,通过热物理统计的实验测量是非常困难的,极难捕捉快速移动的激光源,微小的激光熔池也会产生极高冷却速率,难以采用实验方法进行定量测量。本文利用ANSYS 16.0软件,在考虑IN718镍基高温合金的材料相变潜热以及材料热物性参数随温度变化的基础上,将加载热源设定为高斯分布;并考虑选择性熔化成型技术的特点,运用生死单元,利用APDL参数化语言命令流,建立了选择性激光熔化的三维温度场有限元分析模型。在所建立的模型中,本文主要研究了单层单道扫描,单层多道扫描以及多层多道扫描的规律;探究了激光功率和扫描速度对温度场分布的影响,研究表明熔池尺寸和瞬时最高温度随着激光功率的增加而增加,随着扫描速度的增加而减小。还探究了激光沉积过程中不同沉积层温度场分布规律,研究表明随着层数的增加,整个温度场的热影响区不断扩大,且每层的瞬时最高温度都不断增加,随着层数的增加,熔池的宽度和深度也在不断变大。本文还研究了选择性激光熔化过程中成型样显微组织的演变规律,研究表明,在低倍下,扫描过程中纵截面上存在熔池的组织形貌,横截面上存在熔化道现象。在高倍下,扫描过程纵截面存在树枝晶的组织形貌,在横截面上存在胞状晶的组织新貌。在选择性激光熔化过程中,成型件形成了基体γ相和强化相γ’’相。根据面扫描结果,选择性激光熔化成型试样中不存在偏析和聚集的现象。
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