Impacts of laser cladding residual stress and material properties of functionally graded layers on titanium alloy sheet

材料科学 残余应力 包层(金属加工) 复合材料 钛合金 激光器 合金 极限抗拉强度 光学 物理
作者
Qian Wang,Junmiao Shi,Lixia Zhang,Seiichiro Tsutsumi,Jicai Feng,Ninshu Ma
出处
期刊:Additive manufacturing [Elsevier]
卷期号:35: 101303-101303 被引量:57
标识
DOI:10.1016/j.addma.2020.101303
摘要

Laser cladding induces high tensile residual stress (RS), which can compromise the quality of a specimen. Therefore, it is critical to accurately predict the RS distribution in cladding and understand its formation mechanism. In this study, functionally graded material (FGM) layers were successfully deposited on the surface of a titanium alloy Ti6Al4V sheet by laser cladding technology. A corresponding thermo-mechanical coupling simulation model of the laser cladding process was developed to investigate the formation mechanism of RS in the laser cladding FGM layers. The results show that high tensile RS forms in cladding components. Subsequent cladding can effectively alleviate the RS in cladding components although the position of maximum RS remains unchanged. The measurement results of the longitudinal RS on the top and bottom surfaces of cladding components by the X-ray diffraction (XRD) method agreed with the simulation results, thereby proving the accuracy of the simulation. In addition, the formation mechanism of RS in the laser cladding FGM layers was revealed by discussing the individual impact of each material property on RS. It was indicated that the RS distribution in the laser cladding FGM layers was significantly affected by material properties (in particular, coefficient of thermal expansion and Young's modulus), except for the temperature gradient induced by the laser cladding process.
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