Математическое моделирование процесса селективного лазерного сплавления порошка титанового сплава ВТ6

А. В. Агаповичев, А. В. Сотов, В. Г. Смелов

Аннотация


Разработана цифровая (конечно-элементная) модель нагрева и плавления слоя металлического порошка в условиях его нагрева лазерным потоком тепла с использованием современного стандартного программного продукта для оценки геометрических параметров ванны расплава, возникающей в процессе воздействия лазерного излучения на слой металлического порошка титанового сплава ВТ6. В модели учитывается скрытая теплота, высвобождаемая при фазовом переходе материала; плавление материала в диапазоне температур солидуса и ликвидуса; излучение и конвекция с поверхности слоя металлического порошка. Установлено, что основной причиной образования пористости в материалах, синтезируемых технологией селективного лазерного сплавления, является образование межслойных дефектов, возникающих из-за недостаточного проплавления между слоями или недостаточного перекрытия между треками. Так глубина ванны расплава должна составлять не менее 1,5 толщины слоя для синтеза плотного материала. Результаты численного моделирования позволили определить диапазон технологических параметров сканирования, при применении которых образуется ванна расплава глубиной более 75 мкм.


Ключ. слова


Аддитивные технологии; селективное лазерное сплавление; ванна расплава; математическая модель; модель двойного эллипсоида источника тепла; численное моделирование

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Богданович В.И., Гиорбелидзе М.Г., Сотов А.В., Проничев Н.Д., Смелов В.Г., Агаповичев А.В. Математическое моделирование процессов плавления порошка в технологии селективного лазерного сплавления // Известия Самарского научного центра РАН. 2017. Т. 19, № 4. С. 105-114.

2. Qiu C., Adkins N.J.E., Hassanin H., Attallah M.M., Essa K. In-situ shelling via selective laser melting: Modelling and microstructural characterisation // Materials & Design. 2015. V. 87. P. 845-853. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.08.091

3. Ali H., Ma L., Ghadbeigi H., Mumtaz K. In-situ residual stress reduction, martensitic decomposition and mechanical properties enhancement through high temperature powder bed pre-heating of selective laser melted Ti6Al4V // Materials Science & Engineering: A. 2017. V. 695. P. 211-220. DOI: 10.1016/j.msea.2017.04.033

4. Heeling T., Cloots M., Wegener K. Melt pool simulation for the evaluation of process parameters in selective laser melting // Additive Manufacturing. 2017. V. 14. P. 116-125. DOI: 10.1016/j.addma.2017.02.003

5. Meiners W., Wissenbach K., Poprawe R. Direct generation of metal parts and tools by selective laser powder remelting (SLPR) // International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics. 1998. DOI: 10.2351/1.5059149

6. Kurzynowski T., Chlebus E., Kuźnicka B., Reiner J. Parameters in selective laser melting for processing metallic // High Power Laser Materials Processing: Lasers, Beam Delivery, Diagnostics, and Applications. 2012. V. 8239. DOI: 10.1117/12.907292

7. Marc® 2016. Volume A: Theory and User Information. MSC Software Corporation, 2016. 967 p.

8. Kumar C., Das M., Biswas P. A 3-D finite element analysis of transient temperature profile of laser welded Ti-6Al-4V alloy // Lasers Based Manufacturing. 2015. P. 421-440. DOI: 10.1007/978-81-322-2352-8_21

9. Goldak J., Chakravarti A., Bibby M. A new finite element model for welding heat sources // Metallurgical Transactions B. 1984. V. 15, Iss. 2. P. 299-305. DOI: 10.1007/BF02667333

10. Zinovieva O., Zinoviev A., Ploshikhin V. Three-dimensional modeling of the microstructure evolution during metal additive manufacturing // Computational Materials Science. 2018. V. 141. P. 207-220. DOI: 10.1016/j.commatsci.2017.09.018

11. Илларионов А.Г., Попов А.А. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов: учебное пособие. Екатеринбург: Уральский федеральный университет, 2014. 137 с.

12. Gong H., Gu H., Zeng K., Dilip J.J.S., Pal D., Stucker B., Christiansen D., Beuth J., Lewandowski J. Melt pool characterization for selective laser melting of Ti-6Al-4V pre-alloyed powder // 25th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium (August, 4-6, 2014, Austin, USA).

13. Dilip J.J.S., Zhang S., Teng C., Zeng K., Robinson C., Pal D., Stucker B. Influence of processing parameters on the evolution of melt pool, porosity, and microstructures in
Ti-6Al-4V alloy parts fabricated by selective laser melting // Progress in Additive Manufacturing. 2017. V. 2, Iss. 3. P. 157-167. DOI: 10.1007/s40964-017-0030-2


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2020-19-2-53-62

Ссылки

  • Ссылки не определены.


© Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2020

 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533