AZ31B鎂合金表面激光合金化碳化硅-不銹鋼復合涂層數值模擬.pdf

1、激光表面合金化作為一種新型的表面改性技術，可明顯改善廉價基材的耐磨性、耐蝕性和耐腐蝕磨損性等性能，得到了廣泛的應用。本文針對碳化硅/不銹鋼混合粉末激光合金化溫度和應力的變化規(guī)律及特點進行了數值分析，并對模擬結果進行了試驗驗證。
　　利用ANSYS有限元軟件，建立了碳化硅/不銹鋼混合粉末激光合金化過程三維瞬態(tài)溫度場分析模型。綜合考慮了輻射、對流、相變潛熱以及隨溫度變化的熱物性參數對溫度場的影響，使用APDL參數化語言實現了高斯熱源的

2、施加，并使得熱源按一定掃描速率移動。數值模擬結果表明，溫度場呈橢圓分布；最大合金化熔池深度并不在光斑中心的正下方，而是略為滯后；多道合金化過程中，第一道掃描時，溫度是逐漸增大最后趨于穩(wěn)定，而從第二道掃描開始，呈現先增大后減小的趨勢；當掃描速度很小時，熱量更易于向薄壁一側傳導；界面節(jié)點溫度隨時間在合金化掃描過程中會不斷呈現峰值波動，隨后會逐漸趨于平緩。
　　基于溫度場的計算結果，采用熱力耦合方法，建立了應力場分析模型。結果表明：表面

3、的Z方向熱應力以壓應力為主，而界面處的Z方向熱應力則以拉應力為主，且界面處存在應力集中，所以裂紋一般在界面處產生；表面X、Y方向熱應力都是以拉應力為主，且Y方向拉應力要大于X方向拉應力，所以合金化層表面形成的裂紋大多為垂直于掃描方向；第一道掃描的預熱作用使得從合金化第二道掃描開始的熱應力要小于前一道；X、Y、Z方向熱應力與功率成正比，與掃描速度成反比。
　　通過實驗得出的最佳工藝參數為激光功率2200W，掃描速度1200mm/mi