[發(fā)明專(zhuān)利]一種鎳基合金多道堆焊過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)數(shù)值模擬方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010131451.4
• 申請(qǐng)日: 2020-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111261241B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張敏;郭宇飛;黃超;郭釗;張立勝;王剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G16C60/00
• 分類(lèi)號(hào): G16C60/00
• 代理公司: 西安弘理專(zhuān)利事務(wù)所 61214
• 代理人: 張皎

1.一種鎳基合金多道堆焊過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)數(shù)值模擬方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：定義第一道堆焊熔池形狀；

步驟2：建立第一道堆焊熔池枝晶形核與生長(zhǎng)模型；

步驟3：建立第一道堆焊熔池溶質(zhì)分配與擴(kuò)散模型；

步驟4：定義第二道堆焊熔池形狀；

步驟5：建立第二道堆焊熔池枝晶形核與生長(zhǎng)模型；

步驟6：建立第二道堆焊熔池溶質(zhì)分配與擴(kuò)散模型；

步驟7：模擬計(jì)算及結(jié)果導(dǎo)出；

步驟1具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1.1、第一道堆焊時(shí)，將整個(gè)模擬區(qū)域分為兩個(gè)部分，上半部分熔池以外的區(qū)域定義為空氣，下半部分熔池以外的區(qū)域定義為母材；

步驟1.2、第一道堆焊的上半部分熔池形狀通過(guò)以下公式建立：

R1²＝(i-i₁)²+(j-j₁)²

步驟1.3、第一道堆焊的下半部分熔池形狀通過(guò)以下公式建立：

式中：(i,j)為任意一點(diǎn)的坐標(biāo)；(i₁,j₁)為第一道堆焊的上半部分熔池頂部的坐標(biāo)；(b1,c1)為第一道堆焊的下半部分熔池底部的坐標(biāo)；

步驟2具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟2.1、在某一過(guò)冷度ΔT時(shí)所形成的晶粒密度n(ΔT)如下式所示：

dn/d(ΔT)的表達(dá)式如下：

式中：n_max為非均勻形核密度的最大值；ΔT_σ為標(biāo)準(zhǔn)曲率過(guò)冷度；ΔT_max為最大形核過(guò)冷度；

步驟2.2、晶核形成后在過(guò)冷度的作用下會(huì)不斷生長(zhǎng)，在生長(zhǎng)過(guò)程中排出的溶質(zhì)濃度為：

式中：Dl為液相擴(kuò)散系數(shù)；Δt為步長(zhǎng)時(shí)間；dx為網(wǎng)格尺寸；

步驟2.3、隨著晶粒的長(zhǎng)大，液相不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵滔嗦实脑鲩L(zhǎng)用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：k0為溶質(zhì)平衡分配系數(shù)；A為擾動(dòng)因子；rand()能夠在[0,1]產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)；

步驟3具體按照以下步驟實(shí)施：

枝晶在生長(zhǎng)過(guò)程中排出的溶質(zhì)會(huì)導(dǎo)致枝晶周?chē)合嗳苜|(zhì)濃度升高，使液相元胞間出現(xiàn)較大的濃度梯度，加劇溶質(zhì)的擴(kuò)散，對(duì)于二維非穩(wěn)態(tài)溶質(zhì)擴(kuò)散，采用如下控制方程：

式中：Dl、Ds分別表示液相擴(kuò)散系數(shù)和固相擴(kuò)散系數(shù)；

步驟4具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟4.1、第二道堆焊時(shí)，在第一道堆焊的基礎(chǔ)上，將焊接熱源向左偏移進(jìn)行第二道堆焊，產(chǎn)生第二道堆焊熔池；

步驟4.2、第二道堆焊的上半部分熔池形狀通過(guò)以下公式建立：

R2²＝(i-i₂)²+(j-j₂)²

步驟4.3、第二道堆焊的下半部分熔池形狀通過(guò)以下公式建立：

式中：(i,j)為任意一點(diǎn)的坐標(biāo)；(i₂,j₂)為第二道堆焊的上半部分熔池頂部的坐標(biāo)；(b2,c2)為第二道堆焊的下半部分熔池底部的坐標(biāo)；

步驟5與步驟2的具體實(shí)施步驟相同；

步驟6和步驟3的具體實(shí)施步驟相同。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳基合金多道堆焊過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)數(shù)值模擬方法，其特征在于，步驟7具體按照以下步驟實(shí)施：

基于步驟1～6所構(gòu)建的模型編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序，將編好的程序?qū)肽M軟件Matlab中，輸入合金的熱物性參數(shù)以及各種焊接工藝參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算即可得到鎳基合金多道堆焊過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)的模擬結(jié)果。