Modeling of heat transfer, fluid flow and solidification microstructure of nickel-base superalloy fabricated by laser powder bed fusion

材料科学 高温合金 微观结构 冶金 蒸发 传热 因科镍合金 合金 复合材料 热力学 物理
作者
Yousub Lee,Wei Zhang
出处
期刊:Additive manufacturing [Elsevier]
卷期号:12: 178-188 被引量:355
标识
DOI:10.1016/j.addma.2016.05.003
摘要

Laser-Powder Bed Fusion (L-PBF), an additive manufacturing process, produces a distinctive microstructure that closely resembles the weld metal microstructure but at a much finer scale. The solidification parameters, particularly temperature gradient and solidification rate, are important to study the as-built microstructure. In the present study, a computational framework with meso-scale resolution is developed for L-PBF of Inconel® 718 (IN718), a Ni-base superalloy. The framework combines a powder packing model based on Discrete Element Method and a 3-D transient heat and fluid flow simulation. The latter, i.e., the molten pool model, captures the interaction between laser beam and individual powder particles including free surface evolution, surface tension and evaporation. The solidification parameters, calculated from the temperature fields, are used to assess the solidification morphology and grain size using existing theoretical models. The IN718 coupon built by L-PBF are characterized using optical and scanning electron microscopies. The experimental data of molten pool size and solidification microstructure are compared to the corresponding simulation results.

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