激光熔覆镍基复合涂层有限元模拟

《激光熔覆镍基复合涂层有限元模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文激光熔覆镍基复合涂层有限元模拟学位申请人：刘学林学科专业：材料科学与工程指导教师：赵龙志教授答辩日期独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大

2、学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期___________摘要激光熔覆镍基复合涂层有限元模拟摘要镍基高温

3、合金具有较高的高温强度、良好的耐腐蚀和疲劳性能等优异综合性能，因而广泛应用于航天航空发动机、舰船和工业燃气轮机等大型构建的热端部件的制备。但镍基高温合金成分复杂，容易偏析，形成脆性相，传统的制备方法限制了该类合金性能的充分发挥。激光熔覆法具有高能量密度，兼有急热快冷特点，能够有效地解决该问题。激光熔覆法容易出现较大的残余应力，因此如何控制残余应力是当务之急。目前的实验手段难于获取制备过程的温度场和流场的数据，因此通过计算机模拟技术研究激光熔覆过程具有重要意义。本文运用COMSOLMultiphysics软件对激光熔覆镍基高温合金过程进行了研究，建立了四路同轴送粉和熔覆过程

4、模型，得到以下结论：（1）不同的惰性气体密度和动力粘度系数差异较大，气体密度和气体动力粘度系数越小，气体流动速度越大。在氩气、氮气、氦气三种惰性气体中，氦气的流动速度最大。粉末流在距送粉头喷嘴竖直距离14-18.2mm区域内汇聚性最佳。粉末粒子粒径在250-300目，载粉气流量为6-7L/min时，粉末粒子汇聚性最好，粉末粒子在汇聚区域的流动速度约为3.2m/s。（2）在熔覆过程的前0.7秒内，随着熔覆时间的增加，熔覆层宽度和熔池深度以及熔池内温度逐渐增大。0.7秒后，熔覆层几何形貌和温度场分布趋于稳定，基板与熔覆层组成的系统能量接近守恒，粉末粒子输送也趋于稳定。熔池后端

5、自上而下温度梯度逐渐增大，但界面形成速度逐渐减小，熔覆层顶层形成晶粒较为细小的等轴晶，熔池底部易形成晶粒尺寸较为粗大的树枝晶或柱状晶。通过实验与模拟数据对比，模拟结果与实验数据吻合，熔池形貌、熔池宽度与激光功率变化规律误差为5.14%；熔覆层高度随扫描速度的变化误差为6.1%。（3）熔池上端流体流动速度较大，且俯视呈对称双环状，环上流体流动速度最大，越往内环中心和熔池边界流体流动速度越小，环形后端流动速度较前端大。表面张力温度系数为负时，熔池横切面所在平面左侧流体流动方向为逆时针，右侧为顺时针，熔池纵截面所在平面流体后端流动环上流体逆时针流动，前端流动环为顺时针流动。即表

6、面张力温度系数为负值时，熔池中部流体由下往上流动，当表面张力温度系数为正值时，由表面张力温度系数与温度梯度共同作用，熔池中部的流体流动方向将由上往下流动。关键词：激光熔覆，镍基合金，同轴送粉，温度场，流场IABSTRACTFiniteElementSimulationofLaserCladdingNickel-baseCompositeCoatingsABSTRACTNickelbasedsuperalloyhasexcellentcomprehensivepropertiessuchashightemperaturestrength,goodcorrosionresis

7、tanceandfatigueperformance.Itiswidelyusedinthepreparationoflargehotendcomponentssuchasaerospaceengine,marineandindustrialgasturbine.Butthecompositionofnickelbasesuperalloyiscomplex,easytosegregateandformbrittlephase.Furthermore,thetraditionalpreparationmethodrestric