2018年10月11日3D虎讯：澳大利亚和印度的研究人员开发了一种新的理论模型，可成功预测激光增材制造的残余应力和临界沉积高度。

　　该模型由印度理工学院孟买的Ramesh Singh教授团队与莫纳什大学的Wenyi Yan教授共同开发，研究了热机械行为和通过直接能量沉积技术（如激光熔覆）进行的冶金转化。

　　激光熔覆广泛用于汽车和航空航天工业中零件和结构部件的维护，修理和大修，因为它改善了材料特性。

　　辛格解释说：“定向能量沉积方法在修复和重新制造航空航天部件、模具和模具方面具有巨大的潜力，这些部件和模具由于循环热机械载荷而受到损坏。”然而，沉积层中的拉伸残余应力的存在将降低恢复部件的疲劳寿命。本协同工作开发的完全耦合的热力学和冶金模型已用于确定确保沉积层中残余压应力的临界沉积高度，以便进行可持续修复。”

用Neutron和X射线衍射测量有限元模型预测残余应力比较。图片来源：澳大利亚核科学技术ANSTO

　　他们的研究成果发表在《科学报告》杂志上。在本文中，研究者们报道了激光熔覆钢横截面上的残余应力的变化，通过它们的金属-热力学模型预测，证明了临界沉积高度的存在。

　　沉积的临界高度对应于层厚度，当沉积时，层厚度将使沉积层和基板中的有益压缩残余应力最大化。

　　低于临界高度的沉积将在界面处产生有害的拉伸残余应力，而高于临界高度的沉积将导致过度稀释。

　　研究还发现，在沉积的临界高度，凝固速率最小。

　　用Kowari残余应力衍射仪测量了激光熔覆高钒坩埚颗粒冶金钢粉的H13钢试样的宏观残余应力。

　　Kowari残余应力的三维测量是高度准确和非破坏性的。

　　“一个模型和它的验证一样好。使用应变扫描仪-Kowari，我们能够识别沉积层中的三轴残余应力，这证实了模型预测的位置，”研究科学家和工业联络经理Anna Paradowska博士说，她是这篇论文的共同作者，Mark Reid博士。

　　激光熔覆包括将熔融金属沉积在相对冷的钢基板上，产生复杂的残余应力分布。

　　基于热力学性质的理论模型，通常用于高估拉伸残余应力和低估基底和界面的压缩残余应力。

　　该团队使用印度理工学院的表面X射线衍射测量一个方向的残余应力。然而，重要的是进行独立的完全非破坏性的体积测量，以验证内部测量程序。

　　两种衍射技术都表明在熔体前沿附近存在拉伸残余应力，在沉积层和界面区域中存在压应力。

　　“了解应力并能够预测它们对于增材制造行业非常重要。对验证模型非常有益，因为使用该模型进一步优化制造过程将具有降低成本效益并节省时间，”Paradowska说。

　　“该模型允许您计算激光位置速率，以达到特定的沉积高度，同时最大限度地减少有害应力的影响，并最大化有益的压缩应力。”

　　该研究的作者建议展示一种科学的技术解决方案，可以提高激光增材制造工艺制造的元件的质量，提高安全性和经济性。（ 本文译自：3ders.org）

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