增材SCI丨钛基复合材料选区激光熔化过程热行为的介观模拟研究

丨期刊 Computational Materials Science

丨影响因子 3.572

丨原文标题

Mesoscopic study of thermal behavior, fluid dynamics and surface morphology during selective laser melting of Ti-based composites

丨作者 南航顾冬冬教授团队

丨关键词

选区激光熔化；介观模拟；钛基复合材料；热行为；表面形貌

丨论文要点

1.研究了成形工艺参数对熔池温度场、速度场、熔池自由表面与增强颗粒运动行为的影响规律

2.揭示了钛基复合材料表面形貌演变与增强颗粒重排机制

3.建立了成形工艺参数与熔池热动力学行为的内在联系

丨Highlights

2.Thermal behaviors and flows within molten pool were sensitive to laser power.

3.Surface morphologies underwent continuous changes using various laser powers.

4.Mechanism of surface morphology evolution and TiC rearrangement was provided.

丨Graphical abstract

丨主要内容

钛基复合材料由于具有优异的强度、刚度以及耐磨性而被广泛应用于航空航天领域，激光增材制造技术为一体成形钛基复合材料复杂构件提供了潜在技术手段，但在获得成形构件良好的表面质量和增强相均匀分布的显微组织方面还存在技术难度。本文基于介观尺度TiC/Ti6Al4V复合粉末随机堆垛物理模型，研究了选区激光熔化（SLM）成形工艺参数对熔池热动力学行为、表面形貌演变及增强颗粒重排行为的影响规律。

       

       

研究发现：成形过程熔池扰动强度、熔池内气相逸出速度及熔池内增强颗粒重排率与激光功率呈现为正相关联系，且随着激光能量密度的增加，熔池凝固表面形貌经历了连续孔隙、熔体断裂态、典型的规则凝固线及球化与飞溅引起的紊乱凝固线的连续变化。在优化的成形参数下，熔池内最大热毛细流速度分别位于熔池的前部与后部，且熔池运动前沿的速度矢量指向熔池后部，实现了熔池前部熔体向熔池后部区域的有效输运及增强颗粒的有效重排，避免了残余孔隙和团聚增强相的形成。

       

       

       

丨引用格式

Donghua Dai, Dongdong Gu*, Qing Ge, Yanze Li, Xinyu Shi, Yixuan Sun, Shuhui Li. Mesoscopic study of thermal behavior, fluid dynamics and surface morphology during selective laser melting of Ti-based composites. Computational Materials Science 177 (2020) 109598.

丨相关项目

国家自然科学基金 编号51735005

国家重点研发计划 编号

2016YFB1100101, 2018YFB1106302

丨原文下载

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https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.109598