CN111370078A - 一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法 - Google Patents
一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111370078A CN111370078A CN202010130660.7A CN202010130660A CN111370078A CN 111370078 A CN111370078 A CN 111370078A CN 202010130660 A CN202010130660 A CN 202010130660A CN 111370078 A CN111370078 A CN 111370078A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- molten pool
- laser cladding
- steps
- establishing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
- G16C60/00—Computational materials science, i.e. ICT specially adapted for investigating the physical or chemical properties of materials or phenomena associated with their design, synthesis, processing, characterisation or utilisation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，具体步骤如下：首先定义第一层第一道熔池形状并建立枝晶的形核与生长模型，然后建立溶质分配与扩散模型，再依次建立第一层第二道、第二层第一道、第二层第二道熔池的晶体生长模型，最后编写计算机程序，输入Inconel 625合金热物性参数以及各种激光熔覆工艺参数，导入模拟计算软件，进行计算即可得到模拟结果。本模型相比于实验研究更加的省时省力，节约资源，能够进行不同激光熔覆工艺参数下枝晶生长状况的模拟，为实际激光熔覆工艺的选择提供参考。
Description
技术领域
本发明属于金属材料激光熔覆数值模拟技术领域，涉及一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法。
背景技术
Inconel 625合金粉末具有良好的润湿性、高温自润滑作用以及适中的价格，因此，非常适合作为一种激光熔覆材料。对基材表面进行激光熔覆Inconel 625合金，不但可以有效的改善基体材料的表面性能，而且热变形小，易于自动化生产。激光熔覆过程是一个高温、动态、复杂的冶金过程，采用传统的实验方法难以实时观察与研究激光熔覆的整个凝固过程，而激光熔覆过程中温度场的变化与熔覆层的组织演变对熔覆层最终的力学性能起着决定性作用，因此，寻找一种新型的研究Inconel 625合金激光熔覆过程的方法就具有重要的意义。
随着计算机技术的快速发展，数值模拟方法被应用到材料科学领域，该方法能够在计算机上直观的再现激光熔覆过程中温度场的变化以及熔覆层的组织演变过程，弥补了传统实验研究方法的不足。采用数值模拟技术对不同激光熔覆工艺下Inconel 625合金熔覆过程中温度场的变化以及熔覆层组织演变的研究，对于调控熔覆层组织、改善熔覆层力学性能以及实际激光熔覆工艺的选择具有重要的参考价值。目前，关于Inconel 625合金激光熔覆过程中晶粒生长的模拟主要为单道熔覆模拟，而多层多道模拟的研究较少，因此，建立一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法就尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法，具有对调控熔覆层组织、改善熔覆层力学性能以及实际激光熔覆工艺的选择提供指导的特点。
本发明所采用的技术方案是，一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：定义第一层第一道熔池形状；
步骤2：建立第一层第一道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤3：建立第一层第一道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤4：定义第一层第二道熔池形状；
步骤5：建立第一层第二道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤6：建立第一层第二道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤7：定义第二层第一道熔池形状；
步骤8：建立第二层第一道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤9：建立第二层第一道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤10：定义第二层第二道熔池形状；
步骤11：建立第二层第二道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤12：建立第二层第二道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤13：计算并导出模拟结果。
本发明的特点还在于：
步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1、第一层第一道熔覆层模拟时，将整个模拟区域分为两个部分，上半部分熔池以外的区域定义为空气，下半部分熔池以外的区域定义为母材；
步骤1.2、上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤1.3、下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤1.2、1.3中(i,j)为任意一点的坐标；(i1,j1)为上半部分熔池顶部的坐标；(i2,j2)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤2按照以下具体步骤实施：
步骤2.1、步骤1模拟所得的熔池模型采用相同的基于高斯分布的准连续形核模型，在某一过冷度ΔT时所形成的晶粒密度n(ΔT)如下式所示：
dn/d(ΔT)的表达式如下：
步骤2.1中：nmax为非均匀形核密度的最大值；ΔTσ为标准曲率过冷度；ΔTmax为最大形核过冷度；
步骤2.2、晶核形成后在过冷度的作用下会不断生长，在生长过程中排出的溶质浓度为：
步骤2.2中：Dl为液相扩散系数；Δt为步长时间；dx为网格尺寸；
步骤2.3、随着晶粒的长大，液相不断地转变为固相，固相率的增长可以用下式进行计算：
步骤2.3中：k0为溶质平衡分配系数；A为扰动因子；rand()能够在[0,1]产生一个随机数。
步骤3具体按照以下步骤实施：
枝晶在生长过程中排出的溶质会导致枝晶周围液相溶质浓度升高，使液相元胞间出现较大的浓度梯度，这必然加剧溶质的扩散，对于二维非稳态溶质扩散，采用如下控制方程：
式中：Dl、Ds分别表示液相扩散系数和固相扩散系数。
步骤4具体按照以下步骤实施：步骤4.1、第一层第二道熔覆时，在第一层第一道熔覆层的基础上，将激光热源向左偏移进行第二道熔覆，形成第一层第二道熔池；
步骤4.2、第一层第二道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤4.3、第一层第二道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤4.2、4.3中：(i,j)为任意一点的坐标；(i3,j3)为上半部分熔池顶部的坐标；(i4,j4)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤5和与步骤2具体实施步骤相同；步骤6步骤3的具体实施步骤相同。
步骤7具体按照以下步骤实施：
步骤7.1、第二层第一道熔覆时，在前一层熔覆层的基础上，将激光热源移动到第一层第一道熔覆层上方进行第二层第一道熔覆，形成第二层第一道熔池；
步骤7.2、第二层第一道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤7.3、第二层第一道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤7.2、7.3中：(i,j)为任意一点的坐标；(i5,j5)为上半部分熔池顶部的坐标；(i6,j6)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤8和与步骤2具体实施步骤相同；步骤9步骤3的具体实施步骤相同。
步骤10具体按照以下步骤实施：
步骤10.1、第二层第二道熔覆时，在第二层第一道熔覆层的基础上，将激光热源向左偏移进行第二层第二道熔覆，形成第二层第二道熔池；
步骤10.2、第二层第二道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤10.3、第二层第二道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤10.2、10.3式中：(i,j)为任意一点的坐标；(i7,j7)为上半部分熔池顶部的坐标；(i8,j8)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤11和与步骤2具体实施步骤相同；步骤12步骤3的具体实施步骤相同；步骤13具体按照以下步骤实施：
基于步骤1～12所构建的模型进行编程，输入Inconel 625合金的热物性参数以及各种激光熔覆工艺参数，在数值模拟软件上进行计算即可得到Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中枝晶生长的模拟结果。
本发明的有益效果是：
(1)提出了一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法，为研究Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中组织的演变提供了一种新的研究方法；
(2)能够进行不同激光熔覆工艺参数下枝晶生长状况的模拟，为实际激光熔覆工艺的选择提供参考；
(3)相比于实验研究，本发明更加的省时省力，节约资源。
附图说明
图1是本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法流程图；
图2是本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法第一层第一道熔池简化示意图；
图3是本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法第一层第二道熔池简化示意图；
图4是本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法第二层第一道熔池简化示意图；
图5是本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法第二层第二道熔池简化示意图；
图6是本发明实施例1模拟Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中第一层第一道熔覆层中枝晶生长的形貌图；
图7是本发明实施例2模拟Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中第一层第二道熔覆层中枝晶生长的形貌图；
图8是本发明实施例3模拟Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中第二层第一道熔覆层中枝晶生长的形貌图；
图9是本发明实施例4模拟Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中第二层第二道熔覆层中枝晶生长的形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1：定义第一层第一道熔池形状；
步骤2：建立第一层第一道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤3：建立第一层第一道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤4：定义第一层第二道熔池形状；
步骤5：建立第一层第二道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤6：建立第一层第二道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤7：定义第二层第一道熔池形状；
步骤8：建立第二层第一道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤9：建立第二层第一道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤10：定义第二层第二道熔池形状；
步骤11：建立第二层第二道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤12：建立第二层第二道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤13：计算并导出模拟结果。
步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1、第一层第一道熔覆层模拟时，将整个模拟区域分为两个部分，上半部分熔池以外的区域定义为空气，下半部分熔池以外的区域定义为母材，如图2所示；
步骤1.2、上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤1.3、下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤1.2、1.3中(i,j)为任意一点的坐标；(i1,j1)为上半部分熔池顶部的坐标；(i2,j2)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤2按照以下具体步骤实施：
步骤2.1、步骤1模拟所得的熔池模型采用相同的基于高斯分布的准连续形核模型，在某一过冷度ΔT时所形成的晶粒密度n(ΔT)如下式所示：
dn/d(ΔT)的表达式如下：
步骤2.1中：nmax为非均匀形核密度的最大值；ΔTσ为标准曲率过冷度；ΔTmax为最大形核过冷度；
步骤2.2、晶核形成后在过冷度的作用下会不断生长，在生长过程中排出的溶质浓度为：
步骤2.2中：Dl为液相扩散系数；Δt为步长时间；dx为网格尺寸；
步骤2.3、随着晶粒的长大，液相不断地转变为固相，固相率的增长可以用下式进行计算：
步骤2.3中：k0为溶质平衡分配系数；A为扰动因子；rand()能够在[0,1]产生一个随机数。
步骤3具体按照以下步骤实施：
枝晶在生长过程中排出的溶质会导致枝晶周围液相溶质浓度升高，使液相元胞间出现较大的浓度梯度，这必然加剧溶质的扩散，对于二维非稳态溶质扩散，采用如下控制方程：
式中：Dl、Ds分别表示液相扩散系数和固相扩散系数。
步骤4具体按照以下步骤实施：
步骤4.1、第一层第二道熔覆时，在第一层第一道熔覆层的基础上，将激光热源向左偏移进行第二道熔覆，形成第一层第二道熔池，如图3所示；
步骤4.2、第一层第二道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤4.3、第一层第二道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤4.2、4.3中：(i,j)为任意一点的坐标；(i3,j3)为上半部分熔池顶部的坐标；(i4,j4)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤5和与步骤2具体实施步骤相同；步骤6步骤3的具体实施步骤相同。
步骤7具体按照以下步骤实施：
步骤7.1、第二层第一道熔覆时，在前一层熔覆层的基础上，将激光热源移动到第一层第一道熔覆层上方进行第二层第一道熔覆，形成第二层第一道熔池，如图4所示；
步骤7.2、第二层第一道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤7.3、第二层第一道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤7.2、7.3中：(i,j)为任意一点的坐标；(i5,j5)为上半部分熔池顶部的坐标；(i6,j6)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤8和与步骤2具体实施步骤相同；步骤9步骤3的具体实施步骤相同。
步骤10具体按照以下步骤实施：
步骤10.1、第二层第二道熔覆时，在第二层第一道熔覆层的基础上，将激光热源向左偏移进行第二层第二道熔覆，形成第二层第二道熔池如图5所示；
步骤10.2、第二层第二道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤10.3、第二层第二道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤10.2、10.3式中：(i,j)为任意一点的坐标；(i7,j7)为上半部分熔池顶部的坐标；(i8,j8)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤11和与步骤2具体实施步骤相同；步骤12步骤3的具体实施步骤相同；步骤13具体按照以下步骤实施：
基于步骤1～12所构建的模型进行编程，输入Inconel 625合金的热物性参数以及各种激光熔覆工艺参数，在数值模拟软件上进行计算即可得到Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中枝晶生长的模拟结果。
按照以上实施步骤，通过本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法，可计算得到Inconel 625合金第一层第一道激光熔覆层中枝晶生长的模拟结果，如图6所示。
图6是凝固时间分别为0.125s、0.175s、0.3s时第一层第一道熔覆层中枝晶的生长形貌。从图中可以看出，熔池底部的晶体以等轴晶或胞状晶的形式生长，而熔池中心的晶体都以柱状晶形式向熔池中心生长，枝晶间存在着激烈的竞争生长。
实施例2
本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1：定义第一层第一道熔池形状；
步骤2：建立第一层第一道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤3：建立第一层第一道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤4：定义第一层第二道熔池形状；
步骤5：建立第一层第二道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤6：建立第一层第二道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤7：定义第二层第一道熔池形状；
步骤8：建立第二层第一道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤9：建立第二层第一道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤10：定义第二层第二道熔池形状；
步骤11：建立第二层第二道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤12：建立第二层第二道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤13：计算并导出模拟结果。
步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1、第一层第一道熔覆层模拟时，将整个模拟区域分为两个部分，上半部分熔池以外的区域定义为空气，下半部分熔池以外的区域定义为母材，如图2所示；
步骤1.2、上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤1.3、下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤1.2、1.3中(i,j)为任意一点的坐标；(i1,j1)为上半部分熔池顶部的坐标；(i2,j2)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤2按照以下具体步骤实施：
步骤2.1、步骤1模拟所得的熔池模型采用相同的基于高斯分布的准连续形核模型，在某一过冷度ΔT时所形成的晶粒密度n(ΔT)如下式所示：
dn/d(ΔT)的表达式如下：
步骤2.1中：nmax为非均匀形核密度的最大值；ΔTσ为标准曲率过冷度；ΔTmax为最大形核过冷度；
步骤2.2、晶核形成后在过冷度的作用下会不断生长，在生长过程中排出的溶质浓度为：
步骤2.2中：Dl为液相扩散系数；Δt为步长时间；dx为网格尺寸；
步骤2.3、随着晶粒的长大，液相不断地转变为固相，固相率的增长可以用下式进行计算：
步骤2.3中：k0为溶质平衡分配系数；A为扰动因子；rand()能够在[0,1]产生一个随机数。
步骤3具体按照以下步骤实施：
枝晶在生长过程中排出的溶质会导致枝晶周围液相溶质浓度升高，使液相元胞间出现较大的浓度梯度，这必然加剧溶质的扩散，对于二维非稳态溶质扩散，采用如下控制方程：
式中：Dl、Ds分别表示液相扩散系数和固相扩散系数。
步骤4具体按照以下步骤实施：
步骤4.1、第一层第二道熔覆时，在第一层第一道熔覆层的基础上，将激光热源向左偏移进行第二道熔覆，形成第一层第二道熔池，如图3所示；
步骤4.2、第一层第二道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤4.3、第一层第二道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤4.2、4.3中：(i,j)为任意一点的坐标；(i3,j3)为上半部分熔池顶部的坐标；(i4,j4)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤5和与步骤2具体实施步骤相同；步骤6步骤3的具体实施步骤相同。
步骤7具体按照以下步骤实施：
步骤7.1、第二层第一道熔覆时，在前一层熔覆层的基础上，将激光热源移动到第一层第一道熔覆层上方进行第二层第一道熔覆，形成第二层第一道熔池，如图4所示；
步骤7.2、第二层第一道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤7.3、第二层第一道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤7.2、7.3中：(i,j)为任意一点的坐标；(i5,j5)为上半部分熔池顶部的坐标；(i6,j6)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤8和与步骤2具体实施步骤相同；步骤9步骤3的具体实施步骤相同。
步骤10具体按照以下步骤实施：
步骤10.1、第二层第二道熔覆时，在第二层第一道熔覆层的基础上，将激光热源向左偏移进行第二层第二道熔覆，形成第二层第二道熔池如图5所示；
步骤10.2、第二层第二道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤10.3、第二层第二道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤10.2、10.3式中：(i,j)为任意一点的坐标；(i7,j7)为上半部分熔池顶部的坐标；(i8,j8)为下半部分熔池底部的坐标。
步骤11和与步骤2具体实施步骤相同；步骤12步骤3的具体实施步骤相同；步骤13具体按照以下步骤实施：
基于步骤1～12所构建的模型进行编程，输入Inconel 625合金的热物性参数以及各种激光熔覆工艺参数，在数值模拟软件上进行计算即可得到Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中枝晶生长的模拟结果。
按照以上实施步骤，通过本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法，可计算得到Inconel 625合金第一层第二道激光熔覆层中枝晶生长的模拟结果，如图7所示。
图7是凝固时间分别为0.41s、0.46s、0.59s时第一层第二道熔覆层中枝晶的生长形貌。从图中可以看出，第一层第二道熔覆层中枝晶的生长形貌与第一层第一道熔覆层中枝晶的生长形貌类似。
实施例3
按照本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法，可计算得到Inconel 625合金第二层第一道激光熔覆层中枝晶生长的模拟结果，如图8所示。
图8是凝固时间分别为0.74s、0.85s、0.95s时第二层第一道熔覆层中枝晶的生长形貌。从图中可以看出，熔池中的晶粒为粗大的柱状晶，这是因为熔池中热量不利于散失，导致液态金属过热所造成的。
实施例4
按照本发明一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法，可计算得到Inconel 625合金第二层第二道激光熔覆层中枝晶生长的模拟结果，如图9所示。
图9是凝固时间分别为1.15s、1.2s、1.3s时第二层第二道熔覆层中枝晶的生长形貌。从图中可以看出，熔池中的晶粒与第二层第一道熔覆层中的晶粒形貌类似，也是粗大的柱状晶。
本发明的有益效果是：针对Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中，熔池中枝晶的形核与生长问题，提供了一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法。本发明可以模拟Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程每一道熔覆层中枝晶的生长过程，同时还可以模拟激光熔覆工艺参数对枝晶生长的影响，从而对提高熔覆层性能起到一定的指导作用。
Claims (10)
1.一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1：定义第一层第一道熔池形状；
步骤2：建立第一层第一道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤3：建立第一层第一道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤4：定义第一层第二道熔池形状；
步骤5：建立第一层第二道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤6：建立第一层第二道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤7：定义第二层第一道熔池形状；
步骤8：建立第二层第一道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤9：建立第二层第一道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤10：定义第二层第二道熔池形状；
步骤11：建立第二层第二道熔池中枝晶形核与生长模型；
步骤12：建立第二层第二道熔池中溶质分配与扩散模型；
步骤13：计算并导出模拟结果。
2.根据权利要求1所述的一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：
步骤1.1、第一层第一道熔覆层模拟时，将整个模拟区域分为两个部分，上半部分熔池以外的区域定义为空气，下半部分熔池以外的区域定义为母材；
步骤1.2、上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤1.3、下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
所述步骤1.2、1.3中(i,j)为任意一点的坐标；(i1,j1)为上半部分熔池顶部的坐标；(i2,j2)为下半部分熔池底部的坐标。
3.根据权利要求2所述的一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2按照以下具体步骤实施：
步骤2.1、步骤1模拟所得的熔池模型采用相同的基于高斯分布的准连续形核模型，在某一过冷度ΔT时所形成的晶粒密度n(ΔT)如下式所示：
dn/d(ΔT)的表达式如下：
所述步骤2.1中：nmax为非均匀形核密度的最大值；ΔTσ为标准曲率过冷度；ΔTmax为最大形核过冷度；
步骤2.2、晶核形成后在过冷度的作用下会不断生长，在生长过程中排出的溶质浓度为：
所述步骤2.2中：Dl为液相扩散系数；Δt为步长时间；dx为网格尺寸；
步骤2.3、随着晶粒的长大，液相不断地转变为固相，固相率的增长可以用下式进行计算：
所述步骤2.3中：k0为溶质平衡分配系数；A为扰动因子；rand()能够在[0,1]产生一个随机数。
4.根据权利要求3所述的一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：
枝晶在生长过程中排出的溶质会导致枝晶周围液相溶质浓度升高，使液相元胞间出现较大的浓度梯度，这必然加剧溶质的扩散，对于二维非稳态溶质扩散，采用如下控制方程：
式中：Dl、Ds分别表示液相扩散系数和固相扩散系数。
5.根据权利要求4所述的一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下步骤实施：步骤4.1、第一层第二道熔覆时，在第一层第一道熔覆层的基础上，将激光热源向左偏移进行第二道熔覆，形成第一层第二道熔池；
步骤4.2、第一层第二道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤4.3、第一层第二道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
所述步骤4.2、4.3中：(i,j)为任意一点的坐标；(i3,j3)为上半部分熔池顶部的坐标；(i4,j4)为下半部分熔池底部的坐标。
6.根据权利要求5所述的一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，其特征在于，所述步骤5和与步骤2具体实施步骤相同；所述步骤6步骤3的具体实施步骤相同。
7.根据权利要求6所述的一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，其特征在于，所述步骤7具体按照以下步骤实施：
步骤7.1、第二层第一道熔覆时，在前一层熔覆层的基础上，将激光热源移动到第一层第一道熔覆层上方进行第二层第一道熔覆，形成第二层第一道熔池；
步骤7.2、第二层第一道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤7.3、第二层第一道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
所述步骤7.2、7.3中：(i,j)为任意一点的坐标；(i5,j5)为上半部分熔池顶部的坐标；(i6,j6)为下半部分熔池底部的坐标。
8.根据权利要求7所述的一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，其特征在于，所述步骤8和与步骤2具体实施步骤相同；所述步骤9步骤3的具体实施步骤相同。
9.根据权利要求8所述的一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，其特征在于，所述步骤10具体按照以下步骤实施：
步骤10.1、第二层第二道熔覆时，在第二层第一道熔覆层的基础上，将激光热源向左偏移进行第二层第二道熔覆，形成第二层第二道熔池；
步骤10.2、第二层第二道熔池的上半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
步骤10.3、第二层第二道熔池的下半部分熔池形状可以通过以下公式建立：
所述步骤10.2、10.3式中：(i,j)为任意一点的坐标；(i7,j7)为上半部分熔池顶部的坐标；(i8,j8)为下半部分熔池底部的坐标。
10.根据权利要求9所述的一种Inconel625合金多层多道激光熔覆过程晶体生长数值模拟方法，其特征在于，
所述步骤11和与步骤2具体实施步骤相同；所述步骤12步骤3的具体实施步骤相同；
所述步骤13具体按照以下步骤实施：
基于步骤1～12所构建的模型进行编程，输入Inconel 625合金的热物性参数以及各种激光熔覆工艺参数，在数值模拟软件上进行计算即可得到Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中枝晶生长的模拟结果。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010130660.7A CN111370078B (zh) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | 一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010130660.7A CN111370078B (zh) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | 一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111370078A true CN111370078A (zh) | 2020-07-03 |
| CN111370078B CN111370078B (zh) | 2023-03-14 |
Family
ID=71212319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010130660.7A Active CN111370078B (zh) | 2020-02-28 | 2020-02-28 | 一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111370078B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003033864A (ja) * | 2001-07-17 | 2003-02-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 鋳造プロセスシミュレータ及びその判定方法 |
| CN110489821A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-11-22 | 西安理工大学 | 一种镍基合金堆焊熔池枝晶生长数值模拟方法 |
-
2020
- 2020-02-28 CN CN202010130660.7A patent/CN111370078B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003033864A (ja) * | 2001-07-17 | 2003-02-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 鋳造プロセスシミュレータ及びその判定方法 |
| CN110489821A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-11-22 | 西安理工大学 | 一种镍基合金堆焊熔池枝晶生长数值模拟方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张敏;周玉兰;薛覃;李继红;: "Ti-45Al合金焊接熔池凝固过程数值模拟" * |
| 张敏;李露露;徐蔼彦;李继红;: "Fe-0.04%C合金焊缝熔池凝固过程中枝晶生长及溶质浓度分布模拟" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111370078B (zh) | 2023-03-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Phase-field simulation for the evolution of solid/liquid interface front in directional solidification process | |
| CN110489821B (zh) | 一种镍基合金堆焊熔池枝晶生长数值模拟方法 | |
| CN110489820B (zh) | 一种基于元胞自动机法的焊接熔池微观组织演化模拟方法 | |
| CN107309543A (zh) | 一种激光焊接熔池枝晶生长模拟方法 | |
| CN111261241B (zh) | 一种镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长数值模拟方法 | |
| CN101075287B (zh) | 连铸坯凝固组织生长过程的物理模拟方法及其装置 | |
| Wang et al. | Phase field modeling the selection mechanism of primary dendritic spacing in directional solidification | |
| CN108754599A (zh) | 一种基于有限元数值模拟的硅单晶生长温度控制方法 | |
| CN111375746B (zh) | 基于固—液界面稳恒控制的高温合金单晶叶片定向凝固方法 | |
| CN105108142A (zh) | 一种激光3d打印制备单晶和定向凝固零件的方法 | |
| CN110489818A (zh) | 一种三元合金焊接熔池柱状枝晶生长数值模拟方法 | |
| CN106649986B (zh) | 一种基于procast仿真平台对铜管水平连铸参数最优化匹配方法 | |
| CN111339670B (zh) | 一种镍基合金激光熔覆过程中枝晶生长数值模拟方法 | |
| CN110619157A (zh) | 一种钛合金焊接熔池微观组织演化的模拟方法 | |
| CN111370078B (zh) | 一种Inconel 625合金多层多道激光熔覆过程中晶体生长数值模拟方法 | |
| CN110929416A (zh) | 一种基于元胞自动机的Ni-Mn-In合金组织演变过程模拟的方法 | |
| CN113284570B (zh) | 一种铝合金焊接熔池微观组织的模拟方法 | |
| CN112185474B (zh) | 一种Ti-45％Al合金定向凝固过程的数值模拟方法 | |
| CN111753400A (zh) | 一种激光熔覆成形中熔池温度控制方法 | |
| CN107138727A (zh) | 一种具有点阵冷却结构的扇形封严块制备方法 | |
| Gao et al. | Mechanism of columnar to equiaxed to lamellar grain transition during wire-laser directed energy deposition 205 C aluminum alloy utilizing a coaxial head: Numerical simulation and experiment | |
| CN106483868A (zh) | 基于在线仿真模型的无黑斑电渣锭熔炼控制方法 | |
| CN113192565A (zh) | 一种钛铝合金定向凝固过程晶粒生长的三维数值模拟方法 | |
| CN105740537A (zh) | 一种焊接过程气孔形成与演变的二维计算机模拟方法 | |
| CN116702505A (zh) | 镍基合金三维柱状晶生长数值模拟方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |