增材-微锻造加工工艺应力场数值模拟研究

任朝晖, 王云贺, 李竺鸿, 王 琛

(东北大学 机械工程与自动化学院, 辽宁 沈阳 110819)

激光增材加工过程中,由于材料经历了快热快冷的过程,往往会在熔覆层表面形成不利的残余应力,容易产生微裂纹开裂、扭曲变形,甚至降低机械性能[1-2].为提高增材制件的加工质量,近年来超声微锻造等外能场辅助技术逐渐被应用于增材制件微观组织及力学性能缺陷的改善.

现阶段国内外学者针对外能场改善熔覆层缺陷的相关工艺进行了探索.Altenkirch等[3]对搅拌摩擦焊(FSW)焊覆层残余应力的滚压光整强化进行了实验研究,分析了残余应力、变形、强化程度,并对比了焊趾和焊缝的表面强化区别.戚永爱等[4]对FGH95镍基合金激光熔覆层进行了超声冲击处理,观察到了微观组织变化特征,测量了晶粒尺寸,并对比冲击前后熔覆层截面的显微维氏硬度.Suh等[5]将超声冷锻技术应用于钢的制造过程中,经过处理后的制件表面硬度和疲劳极限均有所提高,并且产生了较大的残余压应力,有效地提高了材料的力学性能并减小了表面粗糙度.Ye等[6]研究了不同参数下的超声微锻造处理对激光金属丝沉积Ti-6Al-4V合金组织和力学性能的影响,实验结果表明,载荷对熔覆层形状的影响更为显著,而振幅的增加可以细化晶粒,有助于产生层状(α+β)结构.任朝晖等[7]采用数值模拟的方法,研究了超声微锻造对激光增材制件残余应力的影响,结果表明超声冲击可以使熔覆层的应力分布更……