TC4钛合金激光熔覆路径选择数值模拟研究

梁广冰, 朱锦洪, 尹丹青, 周杨凯, 马 宁, 张柯柯

(河南科技大学 材料科学与工程学院，河南 洛阳 471023)

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钛合金因密度小、比强度高、耐蚀、耐高温、无磁、可焊以及使用温度范围宽等优异性能，能够进行零件成形、焊接和机械加工，在航空、汽车、海洋工程和生物医疗等领域得到广泛应用[1-4]。

激光熔覆在工业生产中应用十分广泛，但激光熔覆涂层生产过程中由于局部热作用的影响，容易产生热应力集中、变形和热裂纹形成及扩展，导致表面熔覆涂层开裂，这是目前激光熔覆技术工业化的主要障碍之一[5]。激光熔覆裂纹及残余应力方面的研究主要分为两种：一种为进行激光熔覆试验，并通过盲孔法、压痕法和超声波法等方法[6]对熔覆涂层残余应力进行测量，再通过显微分析方法对裂纹的形态和断口成分进行分析[7]。例如，文献[8]提高了钢轨的疲劳寿命，在工件上熔覆马氏体不锈钢，并采用盲孔法以及中子衍射技术测量了钢轨熔覆涂层的残余应力状态。文献[9]利用激光熔覆技术在工件表面制备铁基合金熔覆涂层，采用显微分析方法研究了激光熔覆FeCrBSi铁基合金涂层中裂纹的形态和断口成分，分析了复合熔覆涂层中裂纹的形成机理。另一种为通过数值模拟技术，建立合适的激光熔覆模型，对熔覆过程中的温度场和应力分布进行了模拟，通过模拟结果深入分析熔覆过程的应力及裂纹产生。例如，文献[10]基于热-力间接耦合非线性有限元分析，研究了激光功率和扫描速度对温度场和应力场分布规律的影响；……