基板预热温度对激光金属沉积成形零件微观组织的影响

基板预热可以显著降低激光金属沉积成形（laser metal deposition shaping, LMDS）过程的热应力,从而抑制成形过程裂缝的产生,但基板预热温度的高低对成形零件的微观组织有着重要的影响,因此研究不同基板预热温度下激光金属沉积成形零件的微观组织变化规律对基板预热温度的选择具有非常重要的意义.利用中国科学院沈阳自动化研究所自行研制的激光金属沉积成形系统和基板预热系统,采用Ni60A金属粉末在基板未预热和预热到200,300,400,500和600 ℃时分别进行成形试验.然后利用扫描电子显微镜和能量散射谱仪对成形试件的微观组织进行深入的研究,得到不同基板预热温度对激光金属沉积成形零件微观组织的影响规律,为基板预热温度的优化选择提供了重要参考.     

激光金属沉积成形过程热应力的数值模拟

根据有限元分析中的"单元生死"技术,利用APDL编程实现了对多道多层激光金属沉积成形过程热应力的三维数值模拟.模拟采用了Gauss热源模型,并引入了沿长边的平行往复扫描方式.计算结果表明,熔池区域以及试样与基板相邻区域是高热应力区,试样内部的热应力较小;试样沿厚度增加方向的热应力在沉积过程中幅值很大并且以拉伸应力为主,是导致试样产生裂缝的主要原因;沉积过程中沉积开始的位置对热应力的分布和强度影响很大,同一沉积层首道各节点热应力值几乎是末道各节点热应力值的一倍.在与模拟过程相同的条件下,实际成形试样裂缝的产生和发展规律与模拟结果相符.     

金属粉末激光直接成形的温度场和应力场模拟研究进展

金属粉末激光直接成形技术是一种新型的粉末净近成形方法,能够加工传统方法难以加工的复杂金属零件.由于加工中温度的剧烈变化易引起热应力和残余应力,导致成形件存在翘曲、开裂等缺陷,建立加工过程的温度场应力场模型对进行工艺参数优化与设计尤为必要.总结了金属粉末激光直接成形技术温度场和应力场模拟研究进展,并探讨了这一技术数值模拟的发展方向.     

激光熔化沉积成形过程数值模拟研究现状

激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)技术具有效率高、成本低、成形件性能优异等优点,成为零件修复和大尺寸构件制造的有效方法.然而,金属LMD成形是金属粉末、激光束和基体三者相互作用的一个多因素耦合过程,涉及流动熔池、快速非平衡凝固、固态相变以及复杂的温度和热应力演变.预测熔池流动情况、凝固规律以及温度应力的演变规律,对于成形试样的气孔、裂纹等缺陷控制,微观组织、力学性能和应力变形调控具有重要意义.数值模拟是一种经济、快捷的工具,对于LMD成形过程的粉末流动预测、熔池变化预测、组织预测、温度观测以及冷却后的残余应力和变形预测具有重要意义.近几年,LMD数值模拟研究已经涉及以上几个方面,但研究深度各不相同.针对温度场的研究,主要集中于建立不同的热源模型,探讨沉积过程的温度演变及工艺方案的影响规律.针对应力场的研究,以探索工艺方案的影响规律和应力消除方法为主.研究流场则以熔池流动和粉末流动为主.微观组织模拟考虑熔池流动对宏观温度场及熔池形状的影响,采用定向凝固的生长条件,可以确定枝晶一次间距等凝固信息.本文主要从温度场、应力场、流场、微观组织等几个方面总结了金属激光熔化沉积数值模拟的研究现状,并提出了其存在的问题和预发展的方向.     

金属激光熔化沉积过程双时间步长法多尺度物理耦合场的数值模拟

使用激光金属熔化沉积成形方法制备金属零件时,如果能够提出一种方法来明确宏观工艺参数与成形件内部组织的关系,控制成形件内部组织演变,会提升成形件的力学性能.针对此类问题,本文通过数值模拟与工艺试验相结合的方法,使用双时间步长方法建立多尺度耦合多物理场模型,研究宏观工艺参数对微观组织演变的影响因素.并使用相同的工艺参数对数...     

覆膜金属粉末激光烧结过程温度场的数值模拟

目的 对覆膜金属粉末变长线扫描激光地过程的温度场进行研究。方法 对激光源的加热特性。粉末材料的热物性参数及激光烧结动态过程是行研究分析。建立温度场数学模型,应用限元方法进行计算。结果与结论 温度场的数值计算结果与实验测量结果基本吻合。利用模场计算结果可以进行工艺参数优化。     

不锈钢棒材无模成形温度场有限元模拟

采用有限元法对不锈钢棒材无模成形温度场进行了研究,并利用有限元分析软件对其进行了模拟,该模拟结果很好地反映了拉伸件在整个变形过程中的温度分布规律,为无模成形的进一步研究提供了可靠的依据.     

喷射沉积成形过程的优化控制

雾化喷射沉积成形技术的发展已经开始由实验室进入工业化应用阶段,如何实现过程的优化控制,使喷射沉只成形成为具有重复性的可靠过程,已经成为实用化过程的关键问题之一。重点讨论才化喷射沉积成形过程中沉积坯件几何形状控制的基本原理及其应用,这是实现喷射沉积成形近终型成形优化控制的基础。     

汽车轮胎螺母挤镦复合成形过程温度场的有限元数值模拟

采用有限元分析软件DEFORM对轮胎螺母挤镦复合成形过程进行数值模拟,分析了工件及冲头的温度场.在工件成形过程中.冲头的温度不断变化,呈冷、热交替变化,而且温度分布不均匀.     

激光立体成形高性能金属零件研究进展

激光立体成形技术是从20世纪80年代初期发展起来的一项先进制造技术,能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、全致密近净成形。该技术可以用于承受强大力学载荷的三维实体金属零件的快速制造,也可应用于具有较复杂形状和较大体积制造缺陷、误加工损伤或服役损伤零件的修复。主要围绕激光立体成形技术在追逐高力学性能方面的研究工作,综述了激光立体成形研究和应用的主要进展情况。对多种合金的大量研究工作表明:激光立体成形金属零件的综合力学性能同锻件相当,导致这样优越的力学性能的主要原因在于其材料组织致密、细小、均匀,可以通过优化成形工艺和热处理工艺而获得基本上没有冶金缺陷的状态。激光立体成形技术的主要应用对象是兼顾高性能和复杂结构的金属零件的制造和修复。实现高性能修复是激光立体成形技术最近的一个引人注目的研究进展,修复零件的力学性能可以仅在简单的退火热处理状态下即达到锻件力学性能标准,这使得过去认为不可修复的高性能重要金属零件具备了现实的修复技术途径,这必将是激光立体成形技术最有前景的应用方向之一。     

激光前向转移技术及其温度场数值模拟研究

激光具有加工重复性好、能量精确控制及加工精度高等优点,其加工对象的尺寸可以达到微米甚至是亚微米级,可实现三维空间结构高精度加工。激光因其具备上述优异的性能,被应用于材料加工。激光能量还被用来诱发物质向特定方向转印,此类技术也被称为激光前向转移技术。主要综述了激光前向转移技术的实现过程、原理及微观机制,着重介绍并分析了激光前向转印技术发展的历史及其应用现状,如金属Cu,Cr,Al等金属薄膜的转印、单壁碳纳米管转印键合、微纳米结构的加工、元件异质集成等。最后对激光前向转移技术的温度场仿真的研究现状进行了分析和总结,具体包括仿真的方法、模型的使用等。     

电磁场作用下的金属凝固与成形

综述了电磁场在金属凝固成形过程中的主要应用及其基本原理,指出了应用计算机数值模拟方法求解材料电磁加工问题的重要性及其今后的发展方向。     

激光熔覆生物陶瓷涂层温度场的数值模拟

本文针对激光熔覆原位合成生物陶瓷涂层的试验过程,进行了相应的数值模拟。计算出激光熔覆合成羟基磷灰石等钙磷基生物陶瓷的三维温度场。结果表明激光熔覆形成的温度场有利于生物陶瓷涂层形成细小且呈梯度分布的组织。     

沉积温度和退火处理对脉冲激光沉积的 ZnO∶Al 膜性能的影响

利用脉冲激光沉积法制备了ZnO∶Al透明导电薄膜.通过对膜的霍尔系数测量及 AFM、XRD分析,详细研究了温度和退火处理对薄膜结构、表面形貌及光电性能的影响.结果表明沉积温度影响膜的电学、光学性能和膜的结晶状况.制备的薄膜均具有ZnO(002)择优取向的多晶膜.在240～310℃沉积的薄膜具有最低的电阻率,其值为6.1×10-4Ω·cm,在240℃沉积的薄膜在氩气中退火薄膜的电阻率下降为4. 7×10-4Ω·cm.所有薄膜在可见光区的平均透过率均达到了90%以上.     

氧分压强和基片温度对脉冲激光沉积的ZnO∶Al膜性能的影响

利用脉冲激光法制备了ZnO∶Al透明导电膜。通过对膜进行霍尔系数测量及SEM、XRD测试分析 ,详细研究了沉积时的基片温度、氧分压强对膜的透光率和电阻率的影响。结果表明 :基片温度、氧分压强影响着膜的电学、光学性能和膜的结晶状况。从电学分析看出 :基片温度从 2 0 0℃升到 30 0℃过程中 ,膜的载流子浓度、透光率和光隙能相应增大。在氧分压强为0Pa、基片温度为 4 0 0℃下沉积的膜 ,其电阻率具有较低值 ,且在可见光区其透光率约为 90 %。     

热金属气压成型电磁感应加热有限元模拟

应用感应加热理论,利用麦克斯韦方程组和温度微分方程,建立了电磁场与温度场耦合的有限元数学模型,使用有限元分析软件ANSYS对热金属气压成型工艺中的电磁感应加热过程进行了模拟与分析。模拟结果表明:随着电磁感应线圈电流频率的提高,在相等的加热时间内,金属钢管的升温速度不断增加,且最终达到的温度也进一步升高。随着电磁感应线圈电流密度的增加,在相等的加热时间内、相同的电磁感应线圈电流频率下,金属钢管的升温速度不断增加,加热效率得到有效提高,且最终达到的温度也逐步升高。随着金属钢管与线圈的间隔增加,金属钢管内、外表面的温度均逐渐降低;外表面温度的降低趋势越来越平缓,而内表面温度的降低趋势则不断加剧。     

高温KNbO3熔液内速度场和温度场的实验研究及其数字模拟分析

在重力对流作用的情况下,本文对实验所用的铂金坩埚中的高温熔液内的速度分布和温度分布进行了数字模拟研究。结果表明：借助实验边界条件和Boussinesq近似,铌酸钾高温熔液中的速度分布及温度分 的数字模拟结果与实验结果基本吻合,流体运动的轨迹与实验示踪粒子轨迹也基本一致。