選區(qū)激光熔化AlSi10Mg溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文基于ANSYS平臺(tái)利用有限元分析的方法對(duì)選區(qū)激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）AlSi10Mg過(guò)程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，研究了激光功率和掃描速度對(duì)SLM過(guò)程熱行為的影響。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)激光功率增加時(shí)，熔池的冷卻速度和溫度梯度均呈增加趨勢(shì)，而且激光功率對(duì)溫度梯度的影響更加顯著；當(dāng)掃描速度增加時(shí)，熔池的冷卻速度明顯升高，溫度梯度卻略有降低。此外，隨著激光功率增加或掃描速度的降低，熔池中液相存在時(shí)間及熔池的尺

2、寸逐漸增大。當(dāng)激光功率為250 W且掃描速度為200 mm/s時(shí)，熔池的寬度（111.4μm）和深度（67.5μm）較為合適，能夠保證掃相鄰層之間結(jié)合良好，利于SLM過(guò)程的順利進(jìn)行。
　　在溫度場(chǎng)的計(jì)算基礎(chǔ)上，利用熱-結(jié)構(gòu)間接耦合的方法建立 SLM增材制造 AlSi10Mg過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)模型，進(jìn)一步研究激光功率和掃描速度對(duì)SLM過(guò)程中熱應(yīng)力的演變規(guī)律及制件的殘余應(yīng)力分布情況的影響。研究發(fā)現(xiàn)：SLM過(guò)程中熱應(yīng)力隨激光的移動(dòng)呈波動(dòng)性變

3、化，激光輻照區(qū)域的材料發(fā)生膨脹變形，熔池附近極小范圍區(qū)域內(nèi)的σx和σy出現(xiàn)負(fù)值，即處于壓應(yīng)力狀態(tài)。激光已掃描區(qū)域主要表現(xiàn)為拉應(yīng)力，而且沿掃描方向的應(yīng)力σx大于垂直于掃描方向的應(yīng)力σy。制件的表面殘余應(yīng)力主要為拉應(yīng)力，且制件表面中部位置的殘余應(yīng)力高于邊緣位置的殘余應(yīng)力。最大殘余應(yīng)力出現(xiàn)在熔化層和基板的界面結(jié)合處，此處最易發(fā)生翹曲變形甚至開(kāi)裂。當(dāng)激光功率由200 W增至300 W時(shí)，最大殘余拉應(yīng)力由257 MPa增至340 MPa；當(dāng)掃描速

4、度由200 mm/s增至400 mm/s時(shí)，最大殘余拉應(yīng)力由257 MPa增至270 MPa，即激光功率對(duì)制件最終的殘余應(yīng)力的影響比掃描速度大。
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法觀察分析不同工藝參數(shù)下的顯微組織以驗(yàn)證模型的可靠性，在一組優(yōu)化的工藝參數(shù)下：激光功率P=250 W、掃描速度v=200 mm/s，成功制備出無(wú)孔洞、無(wú)裂紋及表面相對(duì)光滑的SLM制件。最后利用顯微硬度壓痕法測(cè)量SLM制件的表面殘余應(yīng)力，并與模擬結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)兩者得到的殘