有限元分析和计算流体动力学 在Ti-6Al-4V板材的选择性激光化过程中验证池特性
Lv Du1, Wu-Gui Jiang1, Gao-Gui Xu1
1School of Aeronautical Manufacturing Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang, China.
3D printing and additive manufacturing
|August 23, 2023
概括
在Ti-6Al-4V的选择性激光化 (SLM) 过程中,有限元法模拟了热梯度. 模拟结果揭示了激光功率和扫描速度如何影响微观结构和颗粒形成.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 增材制造 增材制造 增材制造
背景情况:
- 选择性激光化 (SLM) 是一种关键的添加剂制造技术,用于合金,如Ti-6Al-4V.
- 了解热行为和微观结构的演变对于优化SLM过程至关重要.
- 之前的研究往往缺乏对多层,多轨道SLM过程的详细模拟.
研究的目的:
- 开发和验证一个有限元素 (FE) 模型,用于描述Ti-6Al-4V的SLM中的热梯度,凝固率和化池大小.
- 为了研究处理参数 (激光功率,扫描速度,扫描路径) 对SLM建造的Ti-6Al-4V的微观结构的影响.
- 通过SLM确定处理窗口,通过SLM在Ti-6Al-4V中实现所需的微结构.
主要方法:
- 使用有限元 (FE) 方法来模拟SLM过程,并结合G-code工具路径信息.
- 运用计算流体动力学 (CFD) 来验证FE模型的结果.
- 开发了一个多层,多轨 FE 模型来分析激光功率,扫描速度和扫描路径的影响.
主要成果:
- 该FE模型准确地预测了热梯度,凝固率和化池尺寸.
- 激光功率的降低和扫描速度的增加导致了从等晶粒到柱状晶粒的过渡.
- 颗粒形态取决于激光功率,扫描速度和沉积位置,但对扫描路径不敏感.
结论:
- 开发的FE模型为预测Ti-6Al-4V的SLM中的热现象和微结构演变提供了可靠的工具.
- 处理参数显著影响谷物形态,提供了控制微观结构的手段.
- 该研究为Ti-6Al-4V的SLM建立了一个处理窗口,将模拟与实验观测对齐.
