Application of Finite Element Method (FEM) for definition of the relationship between properties of laser alloyed steel surface layer

Aplicación del método de los elementos finitos (MEF) para la definición de la relación entre las propiedades de la capa superficial de acero aleado con láser

Las investigaciones incluyen el modelo de simulación FEM de aleación de la capa superficial de acero PMHSS6-5-3 con los carburos y polvos cerámicos, especialmente WC, VC, TiC, SiC, Si₃N₄ y partículas de Al₂O₃ utilizando el láser de diodo de alta potencia (HPDL). Los cálculos del MEF se realizaron con el software ANSYS. El objetivo de la simulación MEF era determinar la distribución de la temperatura durante el proceso de aleación por láser en varias configuraciones de proceso relativas a la potencia del haz láser y al método de deposición del polvo, como pasado prepintado o superficie con ranuras mecanizadas. La simulación FEM permite especificar la zona afectada por el calor y la distribución de la temperatura en la muestra en función del tiempo y, por tanto, permite estimar los cambios estructurales que tienen lugar durante el proceso de aleación láser.

INTRODUCCIÓN

La modificación por láser de las capas superficiales de los materiales de las herramientas, que incluye la refundición o aleación de la superficie utilizando polvos de alta dureza, es un campo de investigación prospectivo para la mejora de las propiedades de los materiales [1-3]. El método de los elementos finitos (MEF) se emplea en muchos sectores de la industria moderna y en numerosas tecnologías asistidas por ordenador. En la actualidad, este método es el más popular y el que está experimentando un crecimiento más rápido entre los métodos numéricos; se utiliza en los sectores de la aviación, los cohetes, la automoción, los astilleros, la maquinaria y la electrotecnia, y abarca campos de la ciencia como la biomecánica, la medicina, la mecatrónica y la ingeniería de materiales [46]. Los modelos numéricos y las simulaciones por ordenador permiten describir con precisión la estructura e identificar las propiedades de los materiales analizados en todo su volumen. La investigación de laboratorio en el campo de la ciencia de los materiales sólo permite en muchos casos medir los valores y parámetros elegidos dentro de áreas limitadas debido a las formas complejas y las propiedades variables de la sección transversal de las piezas investigadas [7-10].

MATERIAL Y MÉTODO

En las investigaciones preliminares realizadas con un láser de diodo de alto rendimiento, HPDL Rofin DL 020, se comprobó que la velocidad de desplazamiento máxima a la que el proceso es estable es v = 0,5 m / min. Por esta razón, todos los experimentos se realizaron a una velocidad constante de refundición cambiando la potencia del haz láser dentro del rango de 0,7 a 2,1 kW. Se realizó un análisis numérico de los efectos termofísicos que se producen en el proceso de tratamiento superficial con láser con el software Ansys 12.0.