AZ31B鎂合金表面激光合金化碳化硅-不銹鋼復(fù)合涂層數(shù)值模擬.pdf

1、激光表面合金化作為一種新型的表面改性技術(shù)，可明顯改善廉價基材的耐磨性、耐蝕性和耐腐蝕磨損性等性能，得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對碳化硅/不銹鋼混合粉末激光合金化溫度和應(yīng)力的變化規(guī)律及特點(diǎn)進(jìn)行了數(shù)值分析，并對模擬結(jié)果進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　利用ANSYS有限元軟件，建立了碳化硅/不銹鋼混合粉末激光合金化過程三維瞬態(tài)溫度場分析模型。綜合考慮了輻射、對流、相變潛熱以及隨溫度變化的熱物性參數(shù)對溫度場的影響，使用APDL參數(shù)化語言實(shí)現(xiàn)了高斯熱源的

2、施加，并使得熱源按一定掃描速率移動。數(shù)值模擬結(jié)果表明，溫度場呈橢圓分布；最大合金化熔池深度并不在光斑中心的正下方，而是略為滯后；多道合金化過程中，第一道掃描時，溫度是逐漸增大最后趨于穩(wěn)定，而從第二道掃描開始，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；當(dāng)掃描速度很小時，熱量更易于向薄壁一側(cè)傳導(dǎo)；界面節(jié)點(diǎn)溫度隨時間在合金化掃描過程中會不斷呈現(xiàn)峰值波動，隨后會逐漸趨于平緩。
　　基于溫度場的計算結(jié)果，采用熱力耦合方法，建立了應(yīng)力場分析模型。結(jié)果表明：表面

3、的Z方向熱應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，而界面處的Z方向熱應(yīng)力則以拉應(yīng)力為主，且界面處存在應(yīng)力集中，所以裂紋一般在界面處產(chǎn)生；表面X、Y方向熱應(yīng)力都是以拉應(yīng)力為主，且Y方向拉應(yīng)力要大于X方向拉應(yīng)力，所以合金化層表面形成的裂紋大多為垂直于掃描方向；第一道掃描的預(yù)熱作用使得從合金化第二道掃描開始的熱應(yīng)力要小于前一道；X、Y、Z方向熱應(yīng)力與功率成正比，與掃描速度成反比。
　　通過實(shí)驗(yàn)得出的最佳工藝參數(shù)為激光功率2200W，掃描速度1200mm/mi