一种激光熔覆过程中的元素分布预测模拟方法技术

一种激光熔覆过程中元素分布的预测模拟方法，包括以下步骤：(1)设置计算边界条件，初始化计算条件，空气域和基体域；(2)循环开始，标定计算域，设置激光扫描域、空气域、基体域、送粉域、热源；(3)判断送粉域液相体积分数，实时更新计算域；(4)求解柱状晶平均尺寸、平均面密度、凝固速率；(5)耦合求解液相和固相的质量、动量、能量、溶质的传输方程；(6)判断收敛条件，如果不满足进入下一个循环，如果满足进入下一个时间步计算；(7)设计激光熔覆实验，采用金相制样制备熔覆层纵截面试样；(8)将模拟结果与实际样品结果进行对照，验证模拟结果的可靠性，然后用于后续激光熔覆过程中元素分布的预测。

【技术实现步骤摘要】
一种激光熔覆过程中的元素分布预测模拟方法
本专利技术涉及一种关于熔池凝固过程中的元素分布预测模拟方法，具体涉及激光熔覆过程中的元素分布预测模拟方法，属于金属表面改性领域。
技术介绍
激光熔覆过程中，金属粉末加入中吸收激光能量而熔化，熔化的粉末与基体熔化形成的熔池相互作用，导致溶质的重新分布，合金元素的浓度分布对熔覆层的力学性能有重要影响；在激光熔覆过程中液相流动是合金元素宏观再分布的主要原因；目前国内对于激光熔覆过程中的元素分布预测模拟方法十分欠缺，大多数方法只提供温度场、应力场、流场等模拟方法。
技术实现思路
本专利技术要克服现有技术的上述缺点，提供一种激光熔覆过程中的元素分布预测模拟方法。本专利技术解决实际生产中熔池凝固后成分难以预测问题；模拟结果为实际生产提供有效的参考价值。本专利技术的技术方案如下：一种激光熔覆过程中元素分布预测模拟方法，包括如下步骤：(1)采用单元赋值方法离散计算域，设置空气域和基体域两个计算域，初始化计算条件；(2)循环迭代开始，根据单元坐标和单元记录的空气体积分数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光熔覆过程中的元素分布预测模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：/n(1)采用单元赋值方法离散计算域，设置空气域和基体域两个计算域，初始化计算条件；/n(2)循环迭代开始，根据单元坐标和单元记录的空气体积分数标定计算域，设置激光扫描域、送粉域、热源域，分别赋值2、3和4，激光束域照在基体域上方，并沿着扫描方向移动，随着熔池的形成，凝固，再形成，基体域呈现梯度增长，能量吸收域和粉末沉积域的位置也随之发生变化，其中热源域中的热源视为均匀热源，其公式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆过程中的元素分布预测模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用单元赋值方法离散计算域，设置空气域和基体域两个计算域，初始化计算条件；
(2)循环迭代开始，根据单元坐标和单元记录的空气体积分数标定计算域，设置激光扫描域、送粉域、热源域，分别赋值2、3和4，激光束域照在基体域上方，并沿着扫描方向移动，随着熔池的形成，凝固，再形成，基体域呈现梯度增长，能量吸收域和粉末沉积域的位置也随之发生变化，其中热源域中的热源视为均匀热源，其公式为：



其中：q为能量密度，Q为激光功率，r为激光光斑半径；
(3)送粉域内的质量源根据单位时间送粉质量以静态液相形式记录在计算单元中，实时更新计算域；
(4)根据单元温度值和材料热物性参数求解凝固及熔化速率，当单元温度低于凝固点时，液相以柱状晶的形式凝固，柱状晶平均尺寸计算公式为：



其中：dc为柱状晶直径，Rc为柱状晶半径，λ1为一次枝晶间距，fc-柱状晶体积分数；
柱状晶的凝固速率计算公式为：
Mlc＝vRc·Sc·ρc·fl(3)
其中：Mlc为柱状晶凝固速率，vRc为柱状晶生长速率，Sc为柱状晶侧面积，ρc为柱状晶密度，fl为液相体积分数，t为单位时间，Dl为液相扩散系数，为固液界面处液相溶质浓度，为固液界面处固相溶质密度，cl为液相溶质浓度，Rf为柱状晶远场半径，dc为柱状晶直径；
(5)耦合求解液相和柱状晶相的质量、动量、能量、溶质的传输方程，其中质量守恒方程为：






其中：ρl为液相密度，fc—柱状晶体积分数，为液相流动速度；
动量守恒方程计算公式为：















其中：p为压强，为液相应力-应变张量，为重力加速度，为凝固熔化导致的动量变化，为固液间阻力导致的动量变化，为固相流动速率，K为...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛鸿浩，徐瀚宗，姚建华，张群莉，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33