Cu基復合材料選區(qū)激光熔化數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、本文針對W-Cu復合體系選區(qū)激光熔化過程,建立了三維瞬態(tài)定點和移動熱源下的熔化―凝固數(shù)學模型,研究了不同激光功率P和掃描速度V下的熔池表面的溫度場和速度場及熔池中W顆粒周圍熔體流場和受力情況。當激光功率P由600 W增至900 W時,熔池表面溫度梯度與速度場耦合夾角θ由50°減為0°,熔池表面對流傳熱加快。在定點熱源P≥800 W或移動熱源(線能量密度η=16 kJ/m)條件下,熔池中W顆粒的周圍會產(chǎn)生二次流,使得W顆粒受到由壓強差所引

2、起的壓力的作用。當二次流產(chǎn)生的引力矢量與壓力矢量夾角為銳角時,W顆粒趨于形成小環(huán)狀結構,限制了其重排且易于發(fā)生團聚;反之,W顆粒趨于形成大環(huán)狀結構,易于均勻分布。
　　利用有限體積法模擬SLM制備WC/Cu復合材料時溫度場和致密化行為,物理模型中考慮了粉體向塊體的轉變、溫度梯度引起的表面張力和移動的高斯熱源。研究了激光線能量密度對溫度分布、熔池尺寸、氣泡的運動行為以及熔池的致密化行為。激光輻照區(qū)域的溫度場呈非對稱,且偏向于激光掃描

3、方向的后方;熔池尺寸為數(shù)百微米并隨著線能量密度η的增加而增加。在優(yōu)化的工藝條件下(η=17.5 kJ/m),熔池內氣泡能順利逸出熔池,并且凝固試件的最高致密度達96％。當采用的η超過20 kJ/m時,熔池內氣泡易于被Marangoni流俘獲,流動的熔體將氣泡推向熔池底部或在回流的作用下發(fā)生團聚。實驗獲得了試件的相對致密度和對應孔隙尺寸及形貌,實驗與模擬結果相匹配。
　　研究SLM加工WC/Cu試樣時,熔池表面的熔體流向為徑向向外,