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新的理論模型,,可預(yù)測激光增材制造的殘余應(yīng)力和臨界沉積高度

3D打印動態(tài)
2018
10/10
09:44
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2018年10月10日,,南極熊獲悉,,澳大利亞和印度的研究人員開發(fā)了一種新的理論模型,,可成功預(yù)測激光增材制造的殘余應(yīng)力和臨界沉積高度,。

該模型由印度理工學(xué)院的Ramesh Singh教授團隊與莫納什大學(xué)的Wenyi Yan教授共同開發(fā),研究了熱機械行為和通過直接能量沉積技術(shù)(如激光熔覆)進行的冶金轉(zhuǎn)化,。



激光熔覆廣泛用于汽車和航空航天工業(yè)中零件和結(jié)構(gòu)部件的維護,修理和大修,,因為它改善了材料特性,。

“定向能量沉積方法在航空航天部件,模具,、模具的維修和再制造方面具有巨大的潛力,,這些部件和模具因循環(huán)熱機械加載而受到損壞,”Singh解釋說,。 “但是,,沉積層中存在拉伸殘余應(yīng)力會降低部件的疲勞壽命。在這項協(xié)同工作中開發(fā)的完全耦合的熱機械和冶金模型已用于確定臨界沉積高度,,以確保壓縮殘余應(yīng)力,。 沉積層可持續(xù)修復(fù)�,!�


△用Neutron和X射線衍射測量有限元模型預(yù)測殘余應(yīng)力的比較,。圖片來源:澳大利亞核科學(xué)技術(shù)組織(ANSTO)

他們的工作在“Scientific Reports journal”上在線發(fā)表。在該論文中,,研究人員報告說,,通過其金屬熱機械模型預(yù)測的激光熔覆鋼橫截面上殘余應(yīng)力的變化表明存在臨界沉積高度。

沉積的臨界高度對應(yīng)于層厚度,,當(dāng)沉積時,,層厚度將使沉積層和基板中的有益壓縮殘余應(yīng)力最大化,。

低于臨界高度的沉積將在界面處產(chǎn)生有害的拉伸殘余應(yīng)力,而高于臨界高度的沉積將導(dǎo)致過度稀釋,。

研究還發(fā)現(xiàn),,在沉積的臨界高度,凝固速率最小,。

Kowari殘余應(yīng)力衍射儀用于測量H13鋼樣品中的宏觀殘余應(yīng)力,,該樣品是用釩含量高的坩堝顆粒冶金鋼粉激光包覆的。

Kowari殘余應(yīng)力的三維測量是高度準(zhǔn)確和非破壞性的,。

“一個模型只有它的驗證一樣好,。使用應(yīng)變掃描儀器 - Kowari,我們能夠識別沉積層中的三軸殘余應(yīng)力,,這證實了模型預(yù)測的位置,,”研究科學(xué)家和工業(yè)聯(lián)絡(luò)經(jīng)理Anna博士說。

激光熔覆包括將熔融金屬沉積在相對冷的鋼基板上,,產(chǎn)生復(fù)雜的殘余應(yīng)力分布,。

基于熱機械性能的理論模型(通常使用)被證明高估了拉伸殘余應(yīng)力并低估了基材和界面中的壓縮殘余應(yīng)力。

該團隊使用印度理工學(xué)院的表面X射線衍射測量一個方向的殘余應(yīng)力,。然而,,重要的是進行獨立的完全非破壞性的體積測量,以驗證內(nèi)部測量程序,。

兩種衍射技術(shù)都表明在熔體前沿附近存在拉伸殘余應(yīng)力,,在沉積層和界面區(qū)域中存在壓應(yīng)力。

“了解應(yīng)力并能夠預(yù)測它們對于增材制造行業(yè)非常重要,。驗證模型非常有益,,因為使用該模型進一步優(yōu)化制造過程將具有成本效益并節(jié)省時間,”Paradowska說,。Paradowska是Mark Reid博士的論文的共同作者

“該模型允許您計算激光位置速率,,以達(dá)到特定的沉積高度,同時最大限度地減少有害應(yīng)力的影響,,并最大化有益的壓縮應(yīng)力,。”

該研究的作者建議展示一種科學(xué)的技術(shù)解決方案,,可以提高激光增材制造的元件的質(zhì)量,,安全性和經(jīng)濟性。


編譯自:3ders



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