基于相场法的超声振动对激光熔覆多晶凝固行为的影响

激光熔覆是新兴的表面强化技术,具有工艺精度高、可控性好、组织细密、热畸变小等特点,在汽车、能源、电子、航空航天等领域得到广泛应用.激光熔覆过程中出现的微裂纹、气孔等微观缺陷严重影响了该技术的推广.超声振动的高频低幅振动可影响熔覆层凝固微观组织,有效减少微观缺陷.本研究基于相场法建立了超声振动下碟片激光器激光熔覆熔池凝固过程的动态模型,通过编程对模型进行求解,揭示了不同振幅下的多晶凝固组织,同时对熔覆凝固行为进行了实验微观表征,二者结论相吻合.研究表明,超声振动可有效细化熔覆层组织结构,促进结晶凝固形核,改变枝晶择优取向.振动不影响主枝晶臂的生长速度,对主枝晶臂宽度、二次枝晶臂的形成、生长速度和竞争生长影响明显.随着超声振幅增大,枝晶臂趋于茂盛,竞争生长明显,间接减少了凝固组织中气孔、裂纹形成,过大的超声振幅不会进一步改变枝晶形貌.该研究为超声振动下激光熔覆实践应用提供理论指导,为精确控制凝固组织提供重要的理论依据.

Effect of Ultrasonic Vibration on the Solidification Behavior of Laser Cladding Polycrystalline Based on Phase Field Method