研究目的
研究AlSi10Mg合金激光熔覆过程中的热行为与微观组织演变，以增进对熔覆工艺的理解与控制。
研究成果
所开发的有限元模型有效模拟了激光熔覆过程，并预测了熔覆层的几何形状与微观结构。非对称热源模型准确描述了多道熔覆过程中的热行为。对温度梯度和凝固速率的研究揭示了微观结构演变规律，更高的扫描速度因冷却速率增加而形成更细化的微观结构。
研究不足
该模拟未考虑熔池的流体流动、熔覆过程中的体积损失以及热变形对粉末床的影响。模型假设基材和粉末为连续、均质且各向同性的材料。
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AlSi10Mg合金激光熔覆过程中的热行为与微观组织演变建模
DOI：10.1016/j.optlastec.2019.105926
期刊：Optics & Laser Technology
出版年份：2019
更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要：
针对AlSi10Mg合金激光熔覆过程中的热行为与微观组织演变，提出了一种改进的三维有限元模型。通过实验与理论计算区分了AlSi10Mg粉末与合金的材料特性差异，为模拟提供了更可靠的参数依据。为研究熔覆层形成过程中的熔凝行为，建立了温度筛选判定机制以模拟粉末从粉态到熔融态再到合金态的演变过程。此外，针对粉末颗粒及其间隙的复杂热行为，采用简化指数衰减模型对热源进行修正。多道熔覆过程中采用考虑重熔区两侧材料特性与激光吸收率差异的复杂非对称热源。通过模拟熔池温度分布，该改进有限元模型可预测熔覆层几何形貌（忽略熔体流动影响）及温度历程。模拟结果表明：多道熔覆时非对称热源导致热量向未熔粉末扩散，使熔覆层沿宽度方向呈现不对称性。基于温度场模拟结果与AlSi10Mg粉末凝固特性，通过研究温度梯度(G)、凝固生长速率(R)、冷却速率(G*R)及G/R比值，预测了不同激光扫描参数下的凝固组织形貌与尺寸。扫描速度主要决定激光熔覆过程的冷却速率，进而影响组织形态——较高扫描速度产生更高冷却速率对应更细密组织。熔池底部形成粗大树枝晶，顶部则生成细小树枝晶。
作者：
Chuanming Liu，Chonggui Li，Yajun Guo，Jinqian Wang
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