Моделирование температурного поля при лазерной наплавке материала с памятью формы на основе никелида титана

Научная библиотека Комментариев к записи Моделирование температурного поля при лазерной наплавке материала с памятью формы на основе никелида титана нет

Бледнова ЖМ, Степаненко МА // Научный журнал КубГАУ, №107(03), 2015 года, с: 858-876, УДК 669.71.535.241

АННОТАЦИЯ:

Разработана тепловая физико-математическая модель процесса лазерной наплавки TiNi на сталь, позволяющая осуществлять мониторинг формирования структуры и свойств поверхностного слоя. Описание модели включает этапы: предположения и упрощения; анализ энергетического баланса; численное моделирование тепловых процессов; оценку распределения поля температур; экспериментальную проверку полученных решений. Композиция сталь-сплав TiNi рассматривалась в виде двухслойного материала с различающимися теплофизическими характеристиками. Энергетический баланс системы описан уравнением теплопроводности в трехмерной постановке. Учитывались основные каналы затрат энергии излучения: на поглощение поверхностью изделия, потери вследствие отражения поверхностью, энергию, поглощаемую покрытием и не дошедшую до материала основы. Для решения дифференциального уравнения теплопроводности использовался метод интегральных преобразований Фурье. При оценке распределения температур рассматривалась одномерная задача при воздействии точечным источником с гауссовским распределением в импульсном режиме. С помощью расчета на ЭВМ с использованием пакета MathCAD построены графики изменения температуры на разной глубине слоя TiNi и стальной основы. Полученные результаты позволили выработать рекомендации по оптимизации технологических параметров лазерной наплавки TiNi. Выполненное моделирование тепловых процессов значительно сокращает затраты времени и ресурсов на разработку технологии, позволяет прогнозировать качество поверхностного слоя на этапе разработки технологии и способствует принятию эффективных технических и технологических решений.

ОПИСАНИЕ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ:

SIMULATION OF THE TEMPERATURE FIELD DURING LASER MELTING OF MATERIAL WITH A shape memory BASED ON TiNi

Blednova Zhesfina Mikhailovna1, Stepanenko Maya Alexandrovna1

1 Kuban State Technological University, 2, Moskovskaya st., Krasnodar, 350072 Russian Federation, Krasnodar

A thermal physical and mathematical model of laser cladding with TiNi on steel was developed which allows us to monitor the formation of the structure and the properties of the surface layer. A description of the model included assumptions and simplifications; analysis of the energy balance; numerical modeling of thermal processes; evaluation of the temperature distribution; experimental verification of the obtained solutions. The composition of the steel and TiNi alloy was examined as a two-layer material with different thermal characteristics. The energy balance of the system was described with a heat equation in a three-dimensional form. The main channels of the radiation energy costs were taken into account: absorption surface of the product, loss owed to the reflection surface, energy absorbed by the coating which did not come down to the base material. To solve the differential equation of heat conduction we used the Fourier integral method. In assessing the temperature distribution we have reviewed a dimensional problem when exposed to a point source of the Gaussian distribution in a pulsed mode. Computer calculations used MathCAD graphs of temperature changes at different depths of the TiNi layer and the steel substrate. The results obtained allowed us to develop the recommendations for optimizing the technological parameters of laser cladding of TiNi. The simulation of thermal processes significantly reduces the time and resources required to develop the technology, allowing prediction of the quality of the surface layer during the development of the technology and promoting the adoption of efficient technical and technological solutions.

Лазерная наплавка, как перспективная технология, имеет ряд преимуществ: позволяет осуществлять послойное нанесение материала, что дает возможность создавать трехмерные объекты любой степени сложности и любой пространственной ориентации [4]; создавать детали с необходимым чередованием слоев или с формированием слоев в различных зонах детали и таким образом обеспечить изготовление детали с заданными свойствами [5]. Для описания процесса лазерной наплавки и обеспечения возможности прогнозирования свойств изделия необходима разработка физико-математических моделей, построение эффективных численных алгоритмов и их экспериментальной верификации [6].
Одной из особенностей теплофизических процессов при реализации Лазерная наплавка является довольно значительные градиенты температуры по толщине наплавляемого слоя, что вызывает термические напряжения при кристаллизации. Поскольку функциональные свойства материала с ЭПФ определяются температурами фазовых превращений, то основной характеристикой процесса лазерной наплавки является температурное поле в материале [7]. Знание распределения температуры в материале позволяет выработать рациональные технологические режимы обработки, обеспечивающие проявление ЭПФ. Поэтому разработка физико-математических моделей, позволяющих осуществлять мониторинг формирования структуры и свойств поверхностных слоев TiNi, является актуальной задачей.
Целью настоящей работы является разработка тепловой физико-математической модели процесса лазерной наплавки материала с ЭПФ TiNi на сталь с использованием импульсного лазерного излучения (установка «Квант»).
Описание модели включает следующие этапы: предположения и упрощения, используемые при построении модели; анализ энергетического баланса процесса лазерной наплавки; численное моделирование тепловых процессов лазерной наплавки; оценка распределения поля температур в поверхностном слое TiNi; экспериментальная оценка полученных решений.

Полное содержание статьи: http://www.ej.kubagro.ru/2015/03/pdf/58.pdf

Рекомендуем для Вас

Leave a comment

You must be logged in to post a comment.


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2019
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top