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SLM成形AlSi10Mg合金残余应力数值模拟及组织性能分析
汇报人：
2024-01-26
contents
目录
引言
SLM成形AlSi10Mg合金工艺及残余应力产生机理
SLM成形AlSi10Mg合金残余应力数值模拟
contents
目录
SLM成形AlSi10Mg合金组织性能分析
残余应力对SLM成形AlSi10Mg合金性能的影响
结论与展望
引言
01
SLM成形技术是一种基于激光熔化粉末的增材制造技术，具有高精度、高效率、高自由度等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
AlSi10Mg合金是一种轻质高强铝合金，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和高温性能，被广泛应用于航空航天、汽车等领域。
SLM成形AlSi10Mg合金过程中会产生残余应力，影响构件的力学性能和稳定性，因此研究SLM成形AlSi10Mg合金残余应力分布及影响因素具有重要意义。
01
国内外学者对SLM成形AlSi10Mg合金的残余应力进行了大量研究，主要集中在残余应力的产生机理、分布规律、影响因素以及降低残余应力的方法等方面。
02
目前，数值模拟方法已成为研究SLM成形过程残余应力的有效手段，通过建立合理的有限元模型，可以预测不同工艺参数下的残余应力分布，为优化工艺参数提供理论依据。
03
随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，未来SLM成形过程残余应力的研究将更加精细化、智能化和高效化。
03
分析不同工艺参数（如激光功率、扫描速度、粉末层厚等）对残余应力分布的影响规律。
01
研究内容
02
建立SLM成形AlSi10Mg合金的有限元模型，包括几何模型、材料模型、热源模型等。
通过实验验证数值模拟结果的准确性和可靠性。
基于数值模拟结果，提出优化SLM成形工艺参数的建议。
SLM成形AlSi10Mg合金工艺及残余应力产生机理
02
温度梯度
SLM过程中，激光束的高能量导致局部快速加热和冷却，形成温度梯度，从而产生热应力。
相变
AlSi10Mg合金在凝固过程中发生相变，不同相之间的比容差异导致体积变化，进而产生相变应力。
约束条件
由于基板、已凝固层和未凝固层的约束作用，使得SLM成形过程中的应力无法自由释放，从而形成残余应力。
利用机器学习算法对历史数据进行训练和学习，建立SLM工艺参数与残余应力之间的映射关系，实现残余应力的快速预测和优化。
机器学习方法
通过建立有限元模型，模拟SLM成形过程中的温度场、应力场和应变场分布，进而预测残余应力的分布和大小。
有限元法
从原子尺度出发，模拟SLM过程中原子的运动和相互作用，揭示残余应力的微观机制。
分子动力学模拟
SLM成形AlSi10Mg合金残余应力数值模拟
03
网格划分与边界条件设置
对模型进行合适的网格划分，确保计算精度和效率；设置合理的边界条件，如固定支撑、热对流等。
材料性能参数输入
输入AlSi10Mg合金的密度、热导率、比热容、弹性模量、泊松比等随温度变化的材料性能参数。
建立三维热-力耦合模型
基于有限元方法，建立SLM成形过程的热-力耦合模型，考虑材料热物理性能随温度的变化。
激光功率对残余应力的影响
随着激光功率的增加，熔池深度增加，热影响区扩大，导致残余应力增加。
扫描速度对残余应力的影响
扫描速度增加，熔池冷却速度加快，温度梯度增大，导致残余应力增加。
层厚对残余应力的影响
层厚增加，熔池深度相对减小，热影响区范围缩小，有利于减小残余应力。
03
02
01
SLM成形AlSi10Mg合金组织性能分析
04
利用金相显微镜对SLM成形AlSi10Mg合金的显微组织进行观察，分析其晶粒大小、形态和分布。
金相显微镜观察
通过SEM观察合金的微观形貌，揭示其组织结构的细节特征，如胞状结构、共晶组织等。
扫描电子显微镜（SEM）分析
利用XRD技术对合金进行物相分析，确定其相组成和晶体结构。
X射线衍射（XRD）分析
通过TEM进一步观察合金的微观组织，特别是位错、析出相等缺陷结构。
透射电子显微镜（TEM）分析
激光功率对组织结构的影响
随着激光功率的增加，合金的晶粒尺寸逐渐增大，同时胞状结构和共晶组织的形态也发生变化。
扫描速度对组织结构的影响
扫描速度的增加会导致合金的冷却速率加快，从而使得晶粒细化，共晶组织减少。
粉末层厚度对组织结构的影响
粉末层厚度的增加会使得合金的显微组织变得更为粗大，胞状结构和共晶组织数量增多。
扫描间距对组织结构的影响
扫描间距的变化会影响合金的熔池形态和重叠率，进而改变其显微组织和力学性能。
晶粒尺寸对力学性能的影响
晶粒细化可以提高合金的强度和塑性，因为细晶粒可以增加晶界面积，提高位错密度和加工硬化能力。
共晶组织可以提高合金的强度和硬度，但过多的共晶组织会降低合金的塑性和韧性。
析出相可以阻碍位错运动，提高合金的强度和硬度。
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