镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔过程数值模拟研究

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1、分类号学号M201170665学校代码10487密级硕士学位论文镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔过程数值模拟研究学位申请人：罗垚学科专业：材料加工工程指导教师：庞盛永讲师答辩日期：2014年01月万方数据AThesisSubmittedinFullyFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringNumericalSimulationStudyofNanosecondPulseLaserDrillingProcessonNickel-BasedHigh-TemperatureAlloyCa

2、ndidate:LuoYaoMajor:MaterialsProcessingEngineeringSupervisor:AssistantProfessorPangShengyongHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明

3、确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要镍

4、基高温合金具有硬度高、强度大、耐高温及耐腐蚀等优良特性，被广泛用于制造航空发动机涡轮叶片。为了增强涡轮叶片的散热能力，通常在叶片上加工一系列的微通孔。但镍基高温合金切削力大、切削温度高、硬化现象严重，属于典型的难加工材料。因此，采用纳秒脉冲激光制孔技术加工镍基高温合金，该技术具有制孔速度快、成本低、效率高、变形小、适用性广等优点。纳秒脉冲激光制孔的速度很快，物理机制复杂，通过实验只能得到制孔结束后孔的形貌，难以准确获得制孔过程中发生的具体物理现象。本文通过数值模拟的方法，将对纳秒脉冲激光制孔过程中孔形貌演化，温度场、流动场演化过程等制孔机理进行研究。主要的工

5、作如下所示：(1)建立DD3镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔模型，该模型可以用来模拟纳秒脉冲激光制孔过程中三维温度场、流动场的演化过程，以及孔和再铸层的形成过程。通过典型算例，将模拟结果与实验结果进行对比，验证了程序及算法的可靠性。(2)开展了纳秒脉冲激光制孔的数值模拟研究，得到了DD3镍基高温合金不同时刻温度场、流动场的演化过程，并研究了脉宽参数对于制孔过程的影响。得到如下结论：纳秒脉冲激光制孔时，孔内温度很高，孔壁温度分布不均匀，在孔壁上存在一层细薄的高温熔体。反冲压力是引起熔体流动的重要因素，且熔体流动速度很大。受表面张力影响，熔体表面会出现凸台和凹陷，导

6、致制孔结束后孔壁不光滑。再铸层的形成是由热和力共同作用下形成的。纳秒脉冲激光制孔过程中，受开口处对流作用的影响，熔体会在开口处富集，导致再铸层在开口处较厚。脉宽对熔体流动和再铸层的形成有重要的影响，脉冲能量一定时，脉宽越小，熔体速度越大，流动越激烈，制孔过程中残余熔体越少，制孔结束后形成的再铸层厚度越小。关键词：激光加工；再铸层形成过程；数值模拟；纳秒脉冲激光制孔；镍基高温合金I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractNickel-basedhigh-temperaturealloyhasmanyadvantages,suchas,highhardn

7、ess,highstrength,goodtemperatureresistanceandgoodcorrosionresistance,Thatiswidelyusedinaeroengineturbineblademanufacturing.Inordertoimprovetheturbineblade’scapacityofcooling,weoftenmanufactureaseriesofholesontheblade.Butnickel-basedhigh-temperaturealloyistypicaldifficult-to-machine

8、materialswithbigcuttingfor