金属激光熔化沉积过程双时间步长法多尺度物理耦合场的数值模拟*

doi:10.13385/j.cnki.vacuum.2020.04.16

真空 ›› 2020, Vol. 57 ›› Issue (4): 77-84.doi: 10.13385/j.cnki.vacuum.2020.04.16

金属激光熔化沉积过程双时间步长法多尺度物理耦合场的数值模拟^*

孔源¹, 张海鸥¹, 高建成², 陈曦¹, 王桂兰³

1.华中科技大学机械科学与工程学院,湖北武汉 430074;
2.武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430070;
3.华中科技大学材料科学与工程学院,湖北武汉 430074

收稿日期:2020-06-10 出版日期:2020-07-25 发布日期:2020-07-23
通讯作者: 张海鸥,教授,博导。
作者简介:孔源（1984-）,男,辽宁省沈阳市人,博士,教授级高级工程师。
基金资助:
*科技部国家重点研发计划智能机器人专项发动机高温合金构件修复与磨抛机器人系统（2019YFB1311100）

Numerical Simulation of Multi-Scale Double Time Steps Multi-Physical Fields During Laser Metal Melting Deposition Process

KONG Yuan¹, ZHANG Hai-ou¹, GAO Jian-cheng², CHEN Xi¹, WANG Gui-lan³

1. School of Mechanical Science and Engineering of Hua zhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;
2. School of Material Science and Engineering of Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;
3. School of Material Science and Engineering of Hua zhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China

Received:2020-06-10 Online:2020-07-25 Published:2020-07-23

摘要/Abstract

摘要： 使用激光金属熔化沉积成形方法制备金属零件时,如果能够提出一种方法来明确宏观工艺参数与成形件内部组织的关系,控制成形件内部组织演变,会提升成形件的力学性能。针对此类问题,本文通过数值模拟与工艺试验相结合的方法,使用双时间步长方法建立多尺度耦合多物理场模型,研究宏观工艺参数对微观组织演变的影响因素。并使用相同的工艺参数对数值模拟模型进行比对验证,得到了相对准确的结果,对激光金属熔化沉积成形过程的控形控性具有指导意义。

关键词: 激光金属熔化沉积成形, 数值模拟, 多尺度物理耦合场模型, 钛合金

Abstract: For machining metal parts by laser metal melting deposition method, if propose a new method to understand the relationship between the macro processing parameters and the evolution of internal micro structure during the laser metal melting deposition process, the micro structure of the samples can be controlled and the mechanical properties will be thus greatly improved. In this paper, a multi-scale and couple physical field was built by using a double time steps method, and the simulation result was validated by processing experiment using the same processing parameters. At last, a good result was obtained, which is proved to have the guiding significance for selecting LMDS process.

Key words: laser metal melting deposition, numerical simulation, multi-scale-couple physical field model, titanium alloys

中图分类号:

TG146.2TF124

孔源, 张海鸥, 高建成, 陈曦, 王桂兰. 金属激光熔化沉积过程双时间步长法多尺度物理耦合场的数值模拟^*[J]. 真空, 2020, 57(4): 77-84.

KONG Yuan, ZHANG Hai-ou, GAO Jian-cheng, CHEN Xi, WANG Gui-lan. Numerical Simulation of Multi-Scale Double Time Steps Multi-Physical Fields During Laser Metal Melting Deposition Process[J]. VACUUM, 2020, 57(4): 77-84.

参考文献

[1] 王华明. 金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光金属直接成形技术研究进展[J]. 航空学报, 2002, 23(5): 473-478.
[2] 王华明, 张述泉, 王向明. 大型钛合金结构件激光直接制造的进展与挑战(邀请论文)[J]. 中国激光, 2009, 36(12): 3204-3209.
[3] 颜永年, 张人佶. 21世纪的重要先进制造技术--快速原型技术. 世界制造技术与装备市场, 2001(2): 68-71.
[4] 颜永年, 张人佶, 林峰. 激光快速成形技术的新进展. 新技术新工艺, 2006(9): 7-9.
[5] 杨叔子, 吴波. 先进制造技术及其发展趋势. 机械工程学报, 2003, 39(10): 73-78.
[6] 杨叔子, 吴波, 李斌. 再论先进制造技术及其发展趋势. 机械工程学报, 2006, 42(1): 1-5.
[7] Y. Y. L.姚振强, 王飞, 刘刚. 先进激光制造技术研究新进展. 机械工程学报, 2003, 39(12): 57-61.
[8] 李鹏. 基于激光熔覆的三维金属零件激光直接制造技术研究 [D]. 华中科技大学, 2005.
[9] 来佑彬. 金属激光直接沉积增材制造工艺研究[D]. 沈阳: 中国科学院沈阳自动化研究所博士学位论文, 2015.
[10] 王福雨. 钛合金复杂零件增材制造工艺的数值模拟[D]. 沈阳: 中国科学院沈阳自动化研究所博士学位论文, 2015.
[11] 安晓龙, 吕云卓, 覃作祥, 等. 同轴送粉金属激光3D打印熔池流动、成分分布以及组织生长数值模拟的研究进展[J]. 材料导报, 2018, 32(11): 3743-3753.
[12] Liu Z, Qi H.Numerical simulation of transport phenomena for a double-layer laser powder deposition of single-crystal superalloy[J]. Metallurgical and materials transactions A, 2014, 45(4): 1903-1915.
[13] Liu Z, Qi H, Jiang L.Control of crystal orientation and continuous growth through inclination of coaxial nozzle in laser powder deposition of singlecrystal superalloy[J]. Journal of materials processing technology, 2016, 230: 177-186.
[14] Lee Y.Simulation of laser additive manufacturing and its applications[D]. The Ohio State University, 2015.
[15] 顾冬冬, 戴冬华, 夏木健, 等. 金属构件选区激光熔化增材制造控形与控性的跨尺度物理学机制[J]. 南京航空航天大学学报, 2017, 49(5), 645-652.
[16] 孔源. 激光快速成形方法相关技术研究[D]. 沈阳: 中国科学院大学博士后出站报告, 2016.

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[2]	赵宇辉, 赵吉宾, 王志国, 王福雨. Inconel 625镍基高温合金激光增材制造内应力控制方式研究^*[J]. 真空, 2020, 57(3): 73-79.
[3]	刘灵云, 林松盛, 王迪, 李风, 代明江, 石倩, 韦春贝. CrAlN抗冲蚀涂层制备及性能研究^*[J]. 真空, 2020, 57(2): 40-46.
[4]	张英伟, 李晓丹, 高郑宇, 倪家强, 刘艳梅, 李建中. 激光选区熔化TC4钛合金高氯酸电解抛光工艺研究^*[J]. 真空, 2020, 57(2): 78-82.
[5]	王迪, 林松盛, 刘灵云, 杨洪志, 蒋百灵, 薛玉娜, 周克崧. 表面处理技术对钛合金疲劳性能影响的研究进展^*[J]. 真空, 2019, 56(6): 36-42.
[6]	宋青竹, 董辉, 鄂东梅, 王玲玲, 张宁, 乔忠路. 电磁悬浮真空熔铸技术进展[J]. 真空, 2019, 56(6): 43-48.
[7]	邓文宇, 段永利, 齐丽君, 孙宝玉. 单侧涡旋干式真空泵内气体流动的CFD模拟[J]. 真空, 2019, 56(4): 53-58.
[8]	李琳 , 李成明 , 杨功寿 , 胡西多 , 杨少延 , 苏宁 . 三层热壁金属有机化学气相外延流场计算机模拟[J]. 真空, 2019, 56(1): 34-38.
[9]	王晓冬, 吴虹阅, 张光利, 李赫, 孙浩, 董敬亮, TU Jiyuan. 计算流体力学在真空技术中的应用[J]. 真空, 2018, 55(6): 45-48.
[10]	宋青竹, 张哲魁, 孙足来, 鄂东梅. 大型钛合金熔铸技术——真空电弧凝壳精铸设备进展[J]. 真空, 2018, 55(5): 58-61.