1.一种镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长数值模拟方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1:定义第一道堆焊熔池形状;
步骤2:建立第一道堆焊熔池枝晶形核与生长模型;
步骤3:建立第一道堆焊熔池溶质分配与扩散模型;
步骤4:定义第二道堆焊熔池形状;
步骤5:建立第二道堆焊熔池枝晶形核与生长模型;
步骤6:建立第二道堆焊熔池溶质分配与扩散模型;
步骤7:模拟计算及结果导出;
步骤1具体按照以下步骤实施:
步骤1.1、第一道堆焊时,将整个模拟区域分为两个部分,上半部分熔池以外的区域定义为空气,下半部分熔池以外的区域定义为母材;
步骤1.2、第一道堆焊的上半部分熔池形状通过以下公式建立:
2 2 2
R1=(i‑i1) +(j‑j1)步骤1.3、第一道堆焊的下半部分熔池形状通过以下公式建立:式中:(i,j)为任意一点的坐标;(i1,j1)为第一道堆焊的上半部分熔池顶部的坐标;
(b1,c1)为第一道堆焊的下半部分熔池底部的坐标;
步骤2具体按照以下步骤实施:
步骤2.1、在某一过冷度ΔT时所形成的晶粒密度n(ΔT)如下式所示:dn/d(ΔT)的表达式如下:
式中:nmax为非均匀形核密度的最大值;ΔTσ为标准曲率过冷度;ΔTmax为最大形核过冷度;
步骤2.2、晶核形成后在过冷度的作用下会不断生长,在生长过程中排出的溶质浓度为:式中:Dl为液相扩散系数;Δt为步长时间;dx为网格尺寸;
步骤2.3、随着晶粒的长大,液相不断地转变为固相,固相率的增长用下式进行计算:式中:k0为溶质平衡分配系数;A为扰动因子;rand()能够在[0,1]产生一个随机数;
步骤3具体按照以下步骤实施:
枝晶在生长过程中排出的溶质会导致枝晶周围液相溶质浓度升高,使液相元胞间出现较大的浓度梯度,加剧溶质的扩散,对于二维非稳态溶质扩散,采用如下控制方程:式中:Dl、Ds分别表示液相扩散系数和固相扩散系数;
步骤4具体按照以下步骤实施:
步骤4.1、第二道堆焊时,在第一道堆焊的基础上,将焊接热源向左偏移进行第二道堆焊,产生第二道堆焊熔池;
步骤4.2、第二道堆焊的上半部分熔池形状通过以下公式建立:
2 2 2
R2=(i‑i2) +(j‑j2)步骤4.3、第二道堆焊的下半部分熔池形状通过以下公式建立:式中:(i,j)为任意一点的坐标;(i2,j2)为第二道堆焊的上半部分熔池顶部的坐标;
(b2,c2)为第二道堆焊的下半部分熔池底部的坐标;
步骤5与步骤2的具体实施步骤相同;
步骤6和步骤3的具体实施步骤相同。
2.根据权利要求1所述的一种镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长数值模拟方法,其特征在于,步骤7具体按照以下步骤实施:基于步骤1~6所构建的模型编写计算机程序,将编好的程序导入模拟软件Matlab中,输入合金的热物性参数以及各种焊接工艺参数,进行计算即可得到镍基合金多道堆焊过程中枝晶生长的模拟结果。