选区激光熔化Fe–Ga合金温度场数值模拟与工艺优化研究

摘要

本文基于ANSYS软件建立了选区激光熔化（SLM）成形Fe₈₁Ga₁₉合金的有限元模型，采用APDL命令流结合生死单元技术实现了高斯热源的动态移动.通过数值模拟与实验相结合的方法，系统研究了激光功率、扫描速度、扫描间距及预热温度等工艺参数对熔池形貌、温度场分布及力学性能的影响规律.研究结果表明，熔池的最高温度及尺寸随激光功率增大而显著增加，随扫描速度增大而减小；熔池冷却速率则随激光功率和扫描速度的增大而同步提升.扫描间距的增大会导致预热与后热区的峰值温度下降，而预热温度的降低则会加速节点的温度变化速率.在优化工艺参数(激光功率105 W、扫描速度1200 mm·s^-1、扫描间距60μm、粉层厚度30μm、67°旋转扫描)下，熔池宽度为65.5μm，深度为37.4μm，宽深比为1.75，成形试样的致密度达到98.63%，显微硬度和压缩屈服强度分别提升至310.9 HV和701.1 MPa，综合力学性能最佳.本研究为Fe–Ga合金SLM成形工艺的优化提供了理论依据与实验支持.

关键词

铁镓合金 / 选区激光熔化 / 温度场 / 工艺参数 / 数值模拟

基金资助

国家自然科学基金资助项目(12264024,52565039); 甘肃省重点研发计划—工业类资助项目(22YF7GA156); 甘肃省科技重大专项计划资助项目(23ZDGA01,22ZD6GA008); 兰州理工大学红柳一流学科建设基金资助项目(CGZH001)