激光熔覆金屬層晶粒形成模型及其試驗(yàn)研究.pdf

1、材料的性能是由其微觀組織決定的，包括相的種類和微觀組織中的晶粒形態(tài)，而液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)晶粒形態(tài)是由凝固過程晶核生長(zhǎng)方向和生長(zhǎng)速度決定的。激光熔覆具有快速熔化和快速凝固的特點(diǎn)，在形成具有優(yōu)良組織性能材料方面有其特有的優(yōu)勢(shì)。本文在參考金屬凝固理論及相關(guān)晶粒模擬方法的基礎(chǔ)上，對(duì)激光熔覆金屬層晶粒形態(tài)、晶粒形成模型及形成機(jī)理進(jìn)行了研究。 作者首先改進(jìn)了粉末輸送系統(tǒng)，為電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)配備電磁調(diào)速控制器，它們與減速機(jī)配合使用，組成了一套交流無

2、級(jí)調(diào)速裝置，達(dá)到均勻無級(jí)調(diào)速的目的，能夠方便地控制粉末輸送量。通過改變激光功率、掃描速度和送粉量，在基體上熔覆了大量試樣，對(duì)試樣熔覆層的橫截面和縱截面進(jìn)行顯微組織分析發(fā)現(xiàn)，此試驗(yàn)條件下熔覆層組織幾乎全由等軸晶粒構(gòu)成。 通過對(duì)鑄造凝固方面晶粒模擬方法的比較和相場(chǎng)模型實(shí)質(zhì)的分析，建立了純物質(zhì)相場(chǎng)模型和宏觀溫度場(chǎng)控制方程即激光熔覆溫度場(chǎng)熱傳導(dǎo)微分方程。通過先計(jì)算激光熔覆溫度場(chǎng)即宏觀溫度場(chǎng)，然后在整個(gè)宏觀溫度場(chǎng)計(jì)算區(qū)域選取一個(gè)宏觀單元作

3、為進(jìn)行晶粒模擬的微觀計(jì)算區(qū)域，采用聯(lián)合宏觀溫度場(chǎng)控制方程和晶粒形成模型即相場(chǎng)模型的方法，即所謂的宏-微觀耦合方法進(jìn)行晶粒形態(tài)模擬。模擬顯示熔覆層晶粒為等軸晶，而試驗(yàn)得到的金相組織圖分析的結(jié)果顯示也為等軸晶粒，它們二者的結(jié)果相吻合，說明所建立的晶粒形成模型、所采用的宏-微觀耦合方法基本上是正確可行的，能夠用來預(yù)測(cè)晶粒形態(tài)，同時(shí)運(yùn)用宏-微觀耦合方法和對(duì)不同計(jì)算區(qū)域采用不同大小網(wǎng)格劃分方式也節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間。 本文成功地把現(xiàn)有的鑄造凝固