Отчёт по проекту РФФИ 16−38−00839 мол_а
Взаимосвязь механизмов теплопереноса и отбора кристаллических фаз при лазерном плавлении и закалке металлических порошков
Задача описания процессов теплопереноса в пористых средах с одновременным протеканием фазовых превращений имеет как фундаментальную, так и прикладную значимость. После первого года исследований сформулирована и реализована методом конечных элементов математическая модель теплопереноса в пористых средах, служащая для решения обратной задачи по определению эффективного коэффициента теплопроводности. Численная модель позволяет рассчитывать динамику распространения тепловых полей в металлическом порошке, находящемся на воздухе, в инертной атмосфере или вакууме. При этом существует возможность варьировать в модели фракционный состав частиц, их размеры и плотность насыпки, имитируя либо различные пористые системы, либо состояние частично оплавленной порошковой металлической среды. Были рассчитаны зависимости эффективных коэффициентов теплопроводности от пористости для порошка железа и нержавеющей стали на воздухе, в аргоне и вакууме. В части, касающейся модели структурных превращений, записаны аналитические решения модели Кристаллического Фазового Поля (КФП) для объемноцентрированной и гранецентрированной кубической решетки железа в приближении, учитывающем взаимодействие атомов с первой и второй координационными сферами. Амплитудные разложения для этих кристаллических структур позволили построить диаграммы существования и сосуществования кристаллических структур с жидкостью (расплавом) при различных управляющих параметрах и движущих силах. Таким образом, с помощью модели КФП найдены условия структурных фазовых переходов при некотором переохлаждении. В экспериментальной части создана лабораторная установка для измерения теплофизических свойств порошков методом температурных волн (разновидность метода периодического нагрева). Для исследования теплофизических свойств закуплен образец стального порошка, использующегося в промышленных установках для аддитивного изготовления деталей. Таким образом, полученные результаты находятся на стыке теплофизики и физики конденсированного состояния. Дальнейшие исследования позволят завершить создание комплекса моделей для расчета сопряженных процессов отбора кристаллических фаз и теплопереноса в металлических порошках.
7. Kumar S. Microstructure and wear of SLM materials, Solid Freeform Fabrication Proceedings, 2008. C. 128-142.
