曲面激光增材制造钛/铝异质材料起始及稳态沉积过程热行为研究

针对曲面激光增材制造钛/铝异质材料温度场和熔池形貌的调控难题,采用有限元模拟方法,对激光定向能量沉积(LDED)钛/铝异质材料起始及稳态沉积过程进行数值模拟,通过控制变量研究了激光功率、扫描速度对熔池形貌、宽深比及温度场的影响规律,并进行了实验验证。研究结果表明:LDED成形钛/铝异质材料的熔池热行为、形貌等随激光参数发生显著变化,当扫描速度为0.32 rad/s时,随着激光功率从1400 W增至2300 W,熔池最高温度从1525.5℃升至3289.8℃,熔池的体积从1.16 mm3增至7.73 mm3,熔池宽深比与激光体能量密度呈负相关。当激光功率为2000 W,扫描速度为0.32 rad/s时,Al-Ti异质材料层的熔池宽深比最大,为1.84,起始堆积Ti层的宽深比次之,为1.42,稳定堆积Ti层的宽深比最小,为1.22。实验得到的熔池宽度为0.61 mm,熔池形貌与有限元模拟熔池形貌吻合良好。

激光直接能量沉积316L/Inconel 718多材料熔池热行为

单一材料难以满足日益严苛的工业需求,而具备梯度性能的多材料构件应用前景广阔。利用激光直接能量沉积(Laser Directed Energy Deposition,LDED)技术成形了316L/Inconel 718多材料试样,基于有限元生死单元法,建立了LDED成形多材料有限元模型,考虑了LDED成形过程中异质材料热量传输方式,研究了激光功率和扫描速度对316L/Inconel 718界面热行为、界面缺陷演变及界面结合性能的影响规律。研究表明:当成形Inconel 718层的扫描速度由7 mm/s增至20 mm/s时(激光功率为1100 W),熔池最大温度梯度由6.02×10^(5)℃/m增至1.19×10^(6)℃/m;而液相存在时间由0.52 s降至0.125 s,重熔深度由0.45 mm降至0.22 mm。当成形Inconel 718层的激光功率由900 W增至1500 W(扫描速度为10 mm/s)时,最大温度梯度由8.15×10^(5)℃/m降至6.93×10^(5)℃/m;液相存在时间由0.3 s增至0.4 s,重熔深度由0.28 mm增至0.48 mm。当激光功率为1100 W,扫描速度为10 mm/s时,模拟结果表明316L/Inconel 718界面结合良好。最后,采用工艺实验验证了模型的准确性。