研究目的
以IN718为材料体系，预测L-PBF过程中受应变硬化、流动软化和微观结构演变影响的残余应力。
研究成果
所提出的分析模型能准确预测激光粉末床熔融（L-PBF）过程中受应变硬化、流动软化和微观结构演变影响的残余应力。该结果与X射线衍射测量值高度吻合，表明该模型对增材制造部件残余应力的预测具有可靠性。
研究不足
该研究以IN718为材料体系，聚焦激光粉末床熔融工艺。模型的准确性取决于解析建模方法中所作的假设与简化。
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考虑流动硬化与软化的激光粉末床残余应力解析力学建模
DOI：10.1007/s00170-020-05304-y
期刊：The International Journal of Advanced Manufacturing Technology
出版年份：2020
更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要：
通过激光粉末床熔融（L-PBF）工艺制造部件时会产生残余应力，这会导致零件因裂纹萌生与扩展、疲劳寿命降低以及尺寸超差而失效。热载荷作用下，受应变硬化和流动软化影响的晶粒尺寸通过动态再结晶（DRx）及后续回复在近表层发生改变。合金的屈服强度主要由形核晶粒尺寸决定，并对流动应力和残余应力累积产生重大影响。本研究以IN718为探索材料体系，提出基于物理的分析模型来预测L-PBF过程中受应变硬化、流动软化和微观组织演化影响的残余应力。采用瞬态移动点热源法预测温度场。非均匀加热会使材料承受可能超过材料屈服强度的高热应力，该热应力通过点体载荷应力格林函数获得。采用Johnson-Cook材料本构流动应力模型确定屈服面，并对该模型进行改进以纳入流动软化和晶粒尺寸的影响。利用动态再结晶和晶粒细化模型，根据形核速率和生长速率得出的再结晶体积分数计算晶粒尺寸。由于循环加热冷却及材料屈服，结合塑性变形体积不变特性与平衡兼容条件，根据金属增量塑性和运动硬化行为预测残余应力累积。分析型残余应力模型的结果与X射线衍射测量获得的L-PBF制备IN718试样残余应力数据高度吻合。
作者：
Elham Mirkoohi，Hong-Chuong Tran，Yu-Lung Lo，You-Cheng Chang，Hung-Yu Lin，Steven Y. Liang
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