搅拌摩擦增材成型过程仿真与显微性能预测

摘要

搅拌摩擦增材制造(FSAM)是一种新型固态增材技术.逐层重复搅拌摩擦成型,是FSAM的显著特点.在剧烈流动变形、热力耦合作用下,母材晶粒逐层破碎细化,形成新的再结晶组织,最终形成增材成型构件.以AZ31镁合金板件FSAM为研究对象,首先建立多层薄板增材成型的计算流体力学仿真模型,研究转速对材料流变、温度场、应变率的影响规律,并与实验测量值对比验证.其次计算增材区域镁合金材料热变形过程的Zener-Hollomon参数,利用经验公式法关联Z参数与增材区再结晶晶粒尺寸.最终,结合1000 r/min转速工况下的显微硬度实验测量结果,提出FSAM搅拌区再结晶组织显微硬度的快速预测算法.结果 表明:随着增材板件层数增加,增材区平均晶粒尺寸减小,平均硬度值增大;随搅拌头转速的增大,增材区材料的应变率、再结晶晶粒尺寸都呈逐渐增大趋势,显微硬度呈下降趋势.