金属增材制造过程中材料微观组织演化的模拟研究

作     者：陈泽坤 李晓雁 CHEN Zekun;LI Xiaoyan

作者机构：清华大学工程力学系北京100084 

出 版 物：《力学进展》 (Advances in Mechanics)

年 卷 期：2022年第52卷第2期

页      面：397-409页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 0702[理学-物理学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080102[工学-固体力学] 

基　　金：北京市自然科学基金(Z180014)资助项目 

主　　题：金属增材制造 材料微观组织演化 热传导 元胞自动机 三维尺度模拟 

摘      要：金属增材制造是集设计、制造一体化的一种新型金属构件制造技术,在航天航空、交通运输、生物医疗等领域具有广阔的应用前景.金属增材制造材料的力学性能与其材料微观组织密切相关.因此,发展金属增材制造过程中材料微观组织的模拟方法,有助于指导和优化金属增材制造的工艺参数和流程,从而制备出性能优异的金属材料.本文发展了基于连续体假设的热传导模型与元胞自动机相结合的模拟方法,并利用生死单元方法,考虑晶粒的重熔和再生长过程,解决了金属增材制造中多层粉末制造的数值模拟问题.本文采用该方法模拟了镍基合金IN718、不锈钢316L和高熵合金FeCoCrNiMn的增材制造过程,并获得了这些增材制造合金的典型材料微观组织,其模拟结果与实验结果相吻合.同时,将该方法拓展到三维尺度的模拟,研究了镍基合金IN718增材制造过程中三维晶粒的形核和生长.最后,对金属增材制造过程中材料微观组织演化的模拟研究中的主要问题进行了总结和展望.