AZ31B鎂合金表面激光熔注增強(qiáng)顆粒運(yùn)動(dòng)模擬研究.pdf

1、鎂合金作為被廣泛應(yīng)用的有色輕金屬材料，但是，較差的耐磨耐腐蝕性制約了鎂合金的進(jìn)一步發(fā)展。本文應(yīng)用激光熔注技術(shù)，在AZ31B鎂合金表面注入SiC-316L混合顆粒，來(lái)改善鎂合金表面的耐磨耐腐蝕性能。運(yùn)用Ansys軟件激光熔注過(guò)程的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行模擬，采用Fluent對(duì)不同工藝參數(shù)下混合顆粒在熔池的運(yùn)動(dòng)軌跡和分布進(jìn)行模擬，得到結(jié)論如下：
　?。?）通過(guò)對(duì)基體的溫度場(chǎng)分析，隨著激光功率的增加，熔池的熔深、熔寬和熔長(zhǎng)都變大。熔池存在的

2、時(shí)間也隨之增多。當(dāng)激光功率為2500W時(shí)，熔池存在0.28s。隨著掃描速度的增加，熔池的熔深、熔寬減小，熔長(zhǎng)反而變大。對(duì)比不同激光功率和不同掃描速度情況下的基體溫度場(chǎng)，從熔池存在時(shí)間、熔池大小、基體汽化程度三個(gè)方面考慮最適合激光熔注的實(shí)驗(yàn)參數(shù)為激光功率P=2500W，掃描速度V=7mm/s。在激光功率和掃描速度成比例增加的情況下，熔池中心點(diǎn)的溫度呈升高趨勢(shì)?？梢哉f(shuō)明，激光功率對(duì)熔池溫度場(chǎng)的影響要大于掃描速度對(duì)熔池溫度場(chǎng)的影響。
　

3、?。?）依據(jù)基體的應(yīng)力場(chǎng)形成原理，對(duì)基體表面應(yīng)力場(chǎng)分布進(jìn)行推測(cè)。模擬結(jié)果與推測(cè)相一致。熔池區(qū)域持續(xù)高溫，持續(xù)受壓應(yīng)力作用；熔池周圍的基體因?yàn)槭軣崤蛎洠艿街車鷧^(qū)域的基體阻礙其膨脹產(chǎn)生的壓應(yīng)力，隨著激光撤離后的冷卻凝固，周圍基體阻礙其收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力。對(duì)基體表面中心某點(diǎn)的熱應(yīng)力變化進(jìn)行分析。激光還未掃描到該點(diǎn)時(shí)，先受到預(yù)熱溫度升高，產(chǎn)生壓應(yīng)力；當(dāng)在該點(diǎn)形成熔池時(shí)，液態(tài)金屬流動(dòng)產(chǎn)生拉應(yīng)力；激光撤離之后，該點(diǎn)開(kāi)始冷卻凝固，產(chǎn)生拉應(yīng)力。各方向?qū)?/p>

4、體阻礙其收縮的約束程度不同是由于溫度在基體表面的不均勻分布。Y方向最大，X方向次之，Z方向最小。增大激光功率或者較小掃描速度都會(huì)導(dǎo)致基體表面熱應(yīng)力升高。主要原因是：在激光功率增加的情況下，基體表面的能量密度增大?；w表面溫度隨之增加，所以熱應(yīng)力呈增加趨勢(shì)。掃描速度減小亦然。
　?。?）在相同的初速度的情況下，比較SiC-316L顆粒以不同的入射角進(jìn)入到熔池的運(yùn)動(dòng)軌跡?？梢钥闯?，入射角為20°、30°的顆粒軌跡更平緩，更容易上浮到熔

5、池表面；注射角為60°、70°的顆粒軌跡比較陡峭，下沉的更接近熔池的底部。以40°、50°注入的顆粒能更好的均勻分布在熔池內(nèi)，更加符合激光熔注的目的，與實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)中的30°到50°注射符合。當(dāng)顆粒從熔池不同位置以V=3.28m/s與水平方向成40°注入時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡顯示從中間和左側(cè)注入的顆粒更接近熔池的底部。顆粒的軌跡大都存在拐點(diǎn)，這是由于斯托克斯力和速度的方向不同，并且熔池各部分的液體流動(dòng)速度粘度溫度不同的原因。在入射角相同的情況下，模擬

6、不同初速度的顆粒分布情況，初速度越大的顆粒分布的更靠近熔池的底部。在注入角度和初速度都相同的情況下，直徑大的顆粒，重力也更大，雖然粘度也隨顆粒直徑變大而變大，但是粘度是關(guān)于半徑r的一次函數(shù)，重力是r的三次函數(shù)增長(zhǎng)更快，所以直徑大的，在Y方面位移更大。顆粒隨著激光功率的增加，顆粒的主要分布區(qū)域越來(lái)越靠近熔池的底部。過(guò)冷度越大的，顆粒在熔池中的分布接近熔池表面。過(guò)冷度為100℃到150℃的加工工藝更利于顆粒的梯度分布。掃描速度越大的熔池顆粒