扫描电子束微熔抛光临界功率密度规律及实验研究

目的明确扫描电子束改善45钢表面粗糙度工艺方法以及电子束抛光工艺参数的内在联系。方法以热轧空冷45钢为研究对象,通过设定可编程数字信号发生器的参数,实现扫描电子束环状下束的方式,对45钢试样进行微熔抛光处理,搭建45钢表面微熔状态下电子束功率与熔化所需功率密度的临界平衡关系,并采用数值模拟的方法,研究不同工艺参数下试样温度场的变化规律。结果 45钢微熔状态下,电子束束流与工件移动速度呈非线性关系。当电子束束流为9.36 mA,工件移动速度为11 mm/s时,45钢表面原始铣削划痕完全消失,且光洁度良好,表面粗糙度由2.0μm降至0.43μm,降低幅度约为78.5%。部分参数下,表面会出现熔坑、褶皱现象。这是因为单个扫描周期过长,能量积累,导致表层过度熔融。4#试样经电子束处理后,铣削划痕仍旧可见,这是因为单个扫描周期仅为3.6 s,表层能量流失过快,导致熔融不全的现象。结论扫描电子束处理45钢表面,可显著降低试样表面粗糙度。通过调节工艺参数,可控制电子能量密度和散热速率,减少熔坑、褶皱的出现。

立方晶格金属扫描电子束抛光处理下表面建模与试验研究

目的探究扫描电子束作用下立方晶格金属表面凸起的温度随扫描时间的变化规律。方法以铣削加工后的立方晶格金属试样为研究对象,通过数值模拟的方法剖析表面凸起形状和一维热传导模型,采用理论和抛光试验相结合的方法分析电子束能量密度、电子束作用时间与温度之间的函数关系,并通过仿真软件建立不同材料属性、凸起形状影响下的温升曲线。结果铣削表面的凸起形状可简化为圆锥形、半椭圆形和半球形,表面凸起的温度受到电子束能量密度、电子束作用时间以及起伏形貌参数比三个因素影响。凸起温升速率与材料导热性能正相关,当起伏的温度高于熔点200 K时,45钢与AZ91D镁合金的表面粗糙度均有所降低。起伏形状的温升速率与形状比正相关,且圆锥形凸起经三角函数拟合后的起伏温升曲线和形状比数值相似度较高。结论扫描电子束抛光处理立方晶格金属表面时,通过建立凸起的温度变化曲线,可指导电子束工艺参数选取,预测表面形貌变化。