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Modelling approach towards tailored grain structure in laser processing

Abstract

Due to the change in grain size during laser processing in the heat-affected zone and the solidifying material, the potential of cracking, surface hardening, and decrease in weldability, corrosion resistance and fatigue life may result. It is shown that through combining state-of-the-art temperature simulation of laser processes with thermo-mechanical volume averaging grain formation simulation, the resulting grain density can be predicted within the order of magnitude found in the two experiments carried out for laser fusion cutting and spot welding of A356. However, fundamental knowledge about the grain density function during rapid solidification, the prediction of the transition from epitactic growth to globular grains and defined validation experiments are needed in order to provide a realistic virtual microstructure.

Translation abstract

Aufgrund der Änderung der Korngröße bei der Laserbearbeitung in der Wärmeeinflusszone und dem erstarrenden Material wird das Potenzial der Rissbildung, Oberflächenhärtung und Abnahme der Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungslebensdauer gegeben. Es zeigt sich, dass durch die Kombination von modernster Temperatursimulation von Laserprozessen mit einem thermomechanischen Volumenmittelungsansatz zur Kornbildungssimulation die resultierende Korndichte in der Größenordnung vorhergesagt werden kann, die in den beiden durchgeführten Experimenten Laserstrahlschneiden und Punktschweißen von A356 gefunden wurde. Grundsätzliches Wissen über die Korndichte bei der schnellen Erstarrung, die Vorhersage des Übergangs vom epitaktischen Wachstum zu kugelförmigen Körnern und definierte Validierungsexperimente fehlen jedoch noch, um eine realistische virtuelle Mikrostruktur zu berechnen.

Autoren:   B. Pustal, T. Vossel, A. Bührig-Polaczek, D. Arntz, A. Haeusler, A. Gillner, R. Poprawe, A. Schwedt, J. Mayer, U. Jansen, C. Schöler, W. Schulz
Journal:   Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Band:   48
Ausgabe:   12
Jahrgang:   2018
Seiten:   1226
DOI:   10.1002/mawe.201700150
Erscheinungsdatum:   10.01.2018
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