本文選題：TA15鈦合金　切入點：交變旋轉(zhuǎn)磁場　出處：《沈陽航空航天大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：電磁攪拌技術(shù)是通過導(dǎo)電液態(tài)金屬切割磁感應(yīng)線感生出洛倫茲力進行非接觸式攪拌,作為一種有效的輔助制造手段,它在鑄造、焊接、激光沉積制造等涉及金屬熔池凝固的領(lǐng)域,用于提高成形質(zhì)量,解決加工過程中出現(xiàn)的氣孔和熔合不良等問題。在激光沉積制造領(lǐng)域,激光熔池“微小熔體”在激光熱源的輻射下伴隨著復(fù)雜的流體流動過程,施加磁場后其內(nèi)部傳能、傳質(zhì)行為更加復(fù)雜。為了能夠更好的研究電磁攪拌輔助激光沉積修復(fù)過程中旋轉(zhuǎn)磁場對TA15鈦合金熔池內(nèi)部影響及作用機制。首先,構(gòu)建了一種三相三極旋轉(zhuǎn)式電磁攪拌器作用下微小熔池內(nèi)部的磁流體力學(xué)數(shù)學(xué)模型。運用該模型計算了不同激勵電流情況下磁場中心處的磁感應(yīng)強度和熔池內(nèi)熔體周向流速。其次,采用有限體積法對施加磁場前后激光單道動態(tài)熔凝TA15鈦合金過程進行三維磁-熱耦合數(shù)值模擬,研究了磁場對激光熔池流場、熔凝單道及其周邊基材溫度分布、溫度梯度分布以及固液界面處溫度梯度和凝固速度,并結(jié)合柱狀晶/等軸晶轉(zhuǎn)變(CET)理論分析了電磁對凝固組織的影響。最后采用試驗手段對上述模擬結(jié)果及分析計算所得趨勢進行了驗證。結(jié)果表明,電磁力驅(qū)使熔體作周向運動,且隨著遠離磁場中心,洛倫茲力越大,周向流速越大。隨著激勵電流的增大,磁感應(yīng)強度增強,熔質(zhì)周向流速增大。電磁攪拌作用下的旋轉(zhuǎn)磁場使得激光熔池最大流速增加了約20%,對流加劇促進了熔池熱交換作用使其最高溫度下降,固液分界面處溫度梯度大幅降低,凝固速度小幅增大,從而有利于熔池頂部組織發(fā)生CET轉(zhuǎn)變。試驗結(jié)果顯示電磁攪拌器對熔質(zhì)產(chǎn)生一個周向力,該力促使熔質(zhì)流動加劇并作周向流動,同時促使熔凝層頂部有等軸晶組織生成,且隨著遠離磁場中心,電磁力增大,等軸晶區(qū)有擴大趨勢,此結(jié)果與計算分析結(jié)果的分析趨勢相吻合。
[Abstract]:Electromagnetic stirring technology is to produce Lorentz force by cutting the magnetic induction line of liquid metal to produce non-contact stirring. As an effective auxiliary manufacturing method, it is casting and welding. Laser deposition manufacturing and other fields related to solidification of metal melting pool are used to improve the forming quality and solve the problems of bad porosity and fusion in the process of processing. Under the radiation of laser heat source, the "micro melt" in the laser melting pool is accompanied by a complicated fluid flow process, and the internal energy is transmitted after the application of a magnetic field. Mass transfer behavior is more complicated. In order to study the effect and mechanism of rotating magnetic field on the molten pool of TA15 titanium alloy in the process of electromagnetic agitation assisted laser deposition, In this paper, a mathematical model of magnetohydrodynamics in the micro-pool under the action of a three-phase three-pole rotating electromagnetic agitator is constructed. The magnetic induction intensity at the center of the magnetic field and the melting in the molten pool are calculated by using the model under different excitation currents. Body circumferential velocity. Second, Three-dimensional magneto-thermal coupling numerical simulation of laser single channel dynamic melting of TA15 titanium alloy before and after the application of magnetic field was carried out by finite volume method. The temperature distribution of laser melting pool, single channel and its surrounding substrate was studied by magnetic field. Temperature gradient distribution, temperature gradient and solidification velocity at solid-liquid interface, Combined with columnar crystal / equiaxed crystal transition (CET) theory, the effect of electromagnetism on solidification microstructure was analyzed. Finally, the simulation results and the calculated trends were verified by means of experiments. The results show that the electromagnetic force drives the melt to move in a circumferential direction. As the magnetic field is far away from the center of the magnetic field, the greater the Lorentz force is, the greater the circumferential velocity is. With the increase of the excitation current, the intensity of the magnetic induction increases. The rotating magnetic field under electromagnetic stirring increases the maximum flow velocity of the laser molten pool by about 20. The convection accelerates the heat exchange in the molten pool to decrease the maximum temperature, and the temperature gradient at the solid-liquid interface decreases significantly. The results show that the electromagnetic agitator produces a circumferential force on the melt, which makes the flux increase and flow circumferentially. At the same time, the equiaxed crystal structure is formed at the top of the melting layer, and the electromagnetic force increases with the distance from the center of the magnetic field, and the equiaxed crystal region tends to expand, which is consistent with the analytical trend of the calculated results.
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG665

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本文編號：1580569