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Ti-6Al-4V钛合金激光金属沉积多层厚壁件的应力分布

DOI：10.1016/j.promfg.2019.08.031 期刊：Procedia Manufacturing 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 激光金属沉积是一种增材制造技术，无需焊接或机加工等额外处理即可生产大型复杂零部件。研究激光金属沉积过程中应力场的起源对解决诸多问题至关重要，包括：冷热裂纹评估、耐疲劳性预测以及应力腐蚀开裂分析。对构建部件中瞬态应力和残余应力进行定量研究，是优化加工参数及后处理去应力热处理的必要条件。通过中子衍射实验和有限元模拟数值计算，分析了Ti-6Al-4V材料激光金属沉积50层（每层4道次）壁体的残余应力场。采用道次间长停留时间和刚性基板来模拟大型部件的制造条件。计算与实测残余应力场分析表明：在堆积体边缘区域存在三向拉应力区，其正应力超过屈服强度25%以上；该区域还出现2.5-3%的正塑性应变。堆积体顶部附近最后几层几乎整个长度上的纵向拉应力均接近屈服强度。根据平面应力假设获得的晶面间距数据，通过中子衍射计算得到的残余应力场与有限元模拟结果具有良好的一致性。
作者： Sergei Ivanov，Evgenii Zemlyakov，Konstantin Babkin，Gleb Turichin，Ivan Karpov，Vaycheslav Em，Sergei Rylov
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

本工作的目的是通过实验和数值研究，探究四道次50层Ti-6Al-4V壁板激光金属沉积过程中的应力分布。采用长道次间隔时间和刚性基板，以模拟大型部件制造的工况条件。

研究成果

对计算与实验测量的残余应力场分析表明，在堆焊层边缘附近存在一个三向应力场均呈拉应力的区域，其中正应力超过屈服强度25%以上。该区域的正塑性应变同样为拉应变，达到2.5-3%。在堆焊层顶部最后几层的几乎整个长度上，纵向拉应力接近屈服强度。横向应力平均水平较小，但在靠近基材的堆焊层边缘区域，拉应力超过屈服强度的一半。根据平面应力假设获得的晶面间距，采用中子衍射数据计算的残余应力场与有限元模拟结果具有良好的一致性。

研究不足

该研究的局限性在于使用了特定材料（Ti-6Al-4V）和特定沉积工艺（层间长停留时间的激光金属沉积及刚性基材）。研究结果可能不直接适用于其他材料或沉积工艺。

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