Моделирование формирования зеренной структуры сплава AlSi10Mg в условиях селективного лазерного сплавления

Настоящая работа посвящена разработке и валидации модели формирования зеренной структуры алюминиево-кремниевого сплава AlSi10Mg в процессе селективного лазерного сплавления. Разработанная модель включает расчет пространственно-временной эволюции термических полей, вызванных действием лазера, и установление прямой связи между локальной термической историей (градиентами температуры, скоростями охлаждения) с процессом формирования зеренной структуры. Для решения этой задачи предложен подход, объединяющий расчет температурных полей методом конечных разностей и моделирование кристаллизации методом клеточных автоматов. Важной особенностью модели является учет процессов эпитаксиального и конкурирующего типов роста зерен, а также процесса зародышеобразования во множественных ваннах расплава. В рамках реализации метода клеточных автоматов форма растущего дендрита аппроксимировалась октаэдрической поверхностью в соответствии с кристаллографическими особенностями кристаллизации ГЦК сплавов. Разработанная модель была применена для моделирования формирования зеренной структуры при двунаправленной стратегии сканирования. Было показано, что предложенная модель способна адекватно воспроизводить характерные особенности кристаллизации в процессе селективного лазерного сплавления. Приведены результаты валидации построенной модели зеренной структуры сплава AlSi10Mg на основе сравнения геометрических характеристик и кристаллографических ориентаций зерен с экспериментальными данными. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными показало качественное и количественное согласие, что свидетельствует о корректном воспроизведении геометрических особенностей зеренной структуры в модели.