Хоменко Максим Дмитриевич Сопряженные процессы теплопереноса, конвекции и формирования микроструктуры при лазерной наплавке с коаксиальной подачей металлических порошков

Краткое описание

Хоменко Максим Дмитриевич Сопряженные процессы теплопереноса, конвекции и формирования микроструктуры при лазерной наплавке с коаксиальной подачей металлических порошков
ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
кандидат наук Хоменко Максим Дмитриевич
Введение.................................................................................................................5

Актуальность темы............................................................................................5

Целью диссертационной работы......................................................................6

Научная новизна:...............................................................................................7

На защиту выносятся положения:....................................................................8

Глава 1. Основные модели лазерной наплавки и сопутствующих физических процессов (литературный обзор)............................................................12

1.1. Моделирование процессов мезоуровня при ЛН...............................16

1.2. Основные модели кинетики нуклеации.............................................23

1.3. Уравнение Колмогорова-Джонсона-Мейла-Аврами........................25

1.3.1. Гомогенная и гетерогенная, объемная и поверхностная нуклеация ............................................................................................................ 27

1.4. Анализ микроструктуры наплавленного слоя..................................31

1.5. Выводы..................................................................................................33

Глава 2. Связанные процессы теплопереноса и фазовых превращений при лазерной наплавке .................................................................................................. 34

2.1. Термо-кинетическая модель ЛН с подачей порошка.......................35

2.1.1. Коэффициент поглощения излучения микрочастицей.................37

2.1.2. Потери энергии излучения связанные с взаимодействием с частицами при коаксиальной подаче порошка....................................................39

2.1.3. Описание свободной границы.........................................................41

2.1.4. Балансное уравнение для температуры..........................................42

2.1.5. Кинетическое уравнение для объемной доли превратившейся фазы ............................................................................................................ 45

2.2. Численная реализация термической модели.....................................48

2.3. Результаты расчетов............................................................................51

2.3.1. Температурные профили и поля закристаллизованной фазы......53

2.3.2. Влияние механизма кристаллизации на температурный интервал фазового перехода..................................................................................57

2.3.3. Влияние скорости сканирования, мощности лазерного излучения и величины подачи порошка на геометрические характеристики наплавленного слоя ................................................................................................. 59

2.4. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными ................................................................................................................61

2.5. Выводы к главе 2..................................................................................64

Глава 3. Роль теплопроводности, капиллярных и термокапиллярных явлений в процессе лазерной наплавки ...................................................................... 66

3.1. Гидродинамическая модель лазерной наплавки с учетом эффективности улавливания порошка ..................................................................... 66

3.2. Численная реализация гидродинамической модели........................70

3.1. Влияние геометрии теплоотвода на параметры наплавляемых валиков ................................................................................................................ 74

3.2. Влияние контактного угла на геометрические параметры валиков ................................................................................................................ 81

3.3. Валидация гидродинамической модели ЛН......................................83

3.4. Выводы к главе 3..................................................................................88

Глава 4. Характеристики микроструктуры наплавленных валиков при ЛН .............................................................................................................. 90

4.1. Алгоритм расчета микроструктуры...................................................91

4.2. Согласование алгоритма расчета микроструктуры с гидродинамическим движением...............................................................................93

4.3. Динамика и пространственное распределение кристаллитов по размерам в наплавленном валике.............................................................................95

4.3.1. Оценка характерного размера кристаллитов.................................96

4.3.2. Влияние температурного режима на конечную микроструктуру

и сравнение с экспериментальными данными.....................................................99

4.4. Зависимость среднего размера кристаллитов наплавленного валика от параметров процесса..............................................................................100

4.4.1. Зависимость среднего размера кристаллитов от скорости охлаждения ..........................................................................................................100

4.4.1. Зависимость среднего размера кристаллитов от величины контактного угла валика и подложки.................................................................103

4.5. Выводы к главе 4................................................................................104

Заключение и выводы.......................................................................................105

Список литературы...........................................................................................108

Приложение. Публикации автора, в которых опубликованы основные результаты диссертации Публикации по теме диссертации в журналах Scopus, WoS, RSCI а также в Перечне изданий МГУ...........................................................121

Иные научные труды по теме диссертации................................................122

Введение