连续YAG激光相变硬化三维瞬态温度场数值模拟

采用差分法对连续YAG激光相变硬化三维瞬态温度场进行数值模拟.分析了激光相变硬化过程工件的传热学行为,考虑了工件有限尺寸、激光热流施加、工件材料热物性参数的温度依赖关系,工件表面辐射及空气对流造成的热损失以及材料固态相变等多方面特点.利用能量平衡法,推导了非均匀空间网格的有限差分方程,用Fortran语言编写了温度场的计算程序.分别计算了一系列工艺参数下42CrMo、60#碳钢激光相变硬化处理过程的三维瞬态温度场,并预测了激光相变硬化区的半宽度与深度.对42CrMo、60#碳钢进行激光相变硬化实验,实测了它们在各种工艺参数下处理后相变硬化区的半宽度与深度.计算结果与实验符合较好.

40Cr13塑料模具钢连续冷却相变行为

连续冷却相变行为对制定钢的热处理工艺具有重要指导意义,采用热膨胀法开展了40Cr13模具钢不同冷却速率(0.5~20℃/s)连续冷却相变曲线的测定,利用扫描电镜和显微硬度仪分别对不同冷速下相变后的材料组织形貌和维氏硬度进行检测分析,在高温共聚焦激光显微镜(HTCLSM)下对其相变行为进行原位观察,结果表明,40Cr13模具钢的临界转变点Ac_1为836℃,Ac_(3)为903℃;在0.5~20℃/s的冷却速率范围内均出现马氏体相变,随着冷速增加,钢中碳化物的分布更加均匀。当冷速由0.5℃/s增大到3℃/s时,样品平均硬度值由417HV提高到550 HV,随着冷速继续增加,样品平均硬度值最终稳定在560~580 HV。对冷却速率(v)和维氏硬度(H_(v))进行拟合,拟合公式为H_(v)=564.49-(185.78)/(exp(v-1.88))。当冷却速率为3℃/s时,HTCLSM下观察到马氏体开始转变温度为214.5℃,随着温度降低马氏体数量增加,马氏体板条沿不同方向生长,且同方向的板条厚度减小。

激光相变硬化对45钢表面硬度的影响

对45钢表面进行激光淬火实验,采用认识法和正交法分析电流、脉宽、频率等因素变化对相变区硬度的影响规律。通过选取最佳工艺参数,为达到最优硬化效果提供依据。

激光相变硬化处理对轮轨钢磨损性能影响

利用滚动磨损试验机研究了激光相变硬化处理前后轮轨钢试样的磨损与损伤性能。结果表明:激光相变硬化处理主要得到马氏体组织,显著提高轮轨试样的表面硬度,钢轨试样和车轮试样分别提高43.06%、44.39%;轮轨试样经激光相变硬化处理后滚动摩擦系数与未处理试样相差不大,单一处理轮轨试样摩擦系数有所增大;轮轨试样经激光相变硬化处理能明显提高轮轨试样表面抗磨损和变形能力,车轮试样磨损率减少约44.02%,钢轨试样减少约13.6%,单一处理轮轨试样虽能降低处理试样的磨损,但显著加剧对摩副的磨损;激光相变硬化处理后,钢轨试样表现为轻微疲劳磨损,车轮试样则是粘着磨损与疲劳磨损共存,以疲劳磨损为主;重载工况下轮轨钢试样均激光相变硬化处理能有效改善材料抗磨损和损伤能力。

球墨铸铁QT600-3激光相变硬化数值模拟研究

采用商业有限元软件ProCAST,建立了激光相变硬化温度场的3维数值模拟模型,对球墨铸铁QT600-3进行激光相变硬化的数值模拟研究,计算了表面淬火的温度场,根据温度场预测了硬化层的深度和宽度。激光功率在800～1 000 W之间,激光扫描速度在2.000～2.667 mm/s之间,光斑直径在4～5 mm之间时,计算得到的硬化层深度在0.20～0.64 mm之间,硬化层宽度在2.0～3.7 mm之间。球墨铸铁数值模拟结果与试验基本吻合,两者变化趋势一致。

汽车模具材料表面强化中的激光相变硬化技术的研究与应用

使用不同的激光工艺参数对汽车模具CrMo铸铁、Cr12两种材料表面进行激光相变硬化试验,研究了激光硬化层沿横向和深度方向显微硬度的分布情况以及硬化层的组织结构的变化。结果表明,材料经激光强化处理,表面硬度可大幅提高,同时可以消除表面裂纹,从而有效地提高汽车模具的使用寿命。

45钢激光相变硬化组织及性能研究

利用轴流CO2激光加工机对45钢在轴流基模条件下进行激光相变硬化处理,并研究了其激光相变硬化组织及性能.结果表明,改性层微观组织由表层至基体依次为:表面熔凝区为片状马氏体,均匀相变硬化区为隐晶马氏体,过渡区为混合马氏体、屈氏体和部分未熔的铁素体;激光相变硬化改性层的硬度与基体相比有大幅度提高;最高硬度(约为基体的3倍)出现在次表层;激光相变硬化处理后耐蚀性有所提高,随扫描速度增加,耐蚀性增强.

40CrNiMoA钢激光相变硬化技术

研究了 4 0CrNiMoA钢激光淬火工艺参数与硬化层深度及硬度之间的相互关系 ,以及淬硬层微观结构特征。结果表明 ,随着光斑扫描速度的提高 ,硬化层深度降低 ,表面硬度存在一个极大值 ;随着激光功率的升高 ,硬化层深度增加 ,表面硬度也存在一个极大值 ;激光淬火硬化层依其组织特征 ,分为完全淬硬区、过渡区及高温回火区。

低碳钢表面激光相变硬化研究

为了研究不同激光功率及不同的冷却条件下,激光相变硬化处理对低碳钢表面性能和组织的影响,采用激光表面相变硬化方法,在低碳钢表面获得了比原先母材硬度高100HV～150HV 的硬化层,采用金相显微镜分析了激光处理区的组织,且用显微硬度计测量了单道扫描时的纵向和横向的硬度分布。研究发现,激光作用区主要是低碳板条马氏体与未转变的索氏体甚至屈氏体、回火索氏体组织。搭接区组织均为细小的马氏体及中间分布着索氏体组织;由于10CrNiMo 钢含碳量较低和碳扩散系数不同的原因,其最高硬度层并未在表面形成,而是形成在次表层。在软化区,前一道扫描形成的马氏体受到回火作用,原先固溶在马氏体中的碳析出,形成了回火索氏体,降低了硬度。结果表明,激光相变硬化工艺可以将10CrNiMo 钢的表面硬度提高100HV～150HV 左右,且表面保持很好的韧性,若想进一步提高其表面硬度,还需采取熔覆等其它工艺。

30CrMnSiA钢激光相变硬化层组织

对 30CrMnSiA钢进行了激光相变硬化处理 ,研究了相变层的组织和硬度特征。试验结果表明 ,30CrMnSiA钢表面相变硬化层分为完全淬硬层、过渡层和受热影响的基体组织 ,硬化层的显微组织明显细化 ,其表面层的硬度高达 (6 85～ 775 )HV ,比高频淬火的硬度提高了 30 %。

45钢多次激光相变硬化组织与性能研究

采用5kW横流CO2激光器对45钢表面进行了多次激光相变硬化,并对硬化区进行了X射线衍射谱分析、光学显微分析和硬度测试。结果表明:激光相变硬化区主要由马氏体、少量残余奥氏体组成,随着扫描次数的增多,组织进一步细化、弥散,缺陷密度更高,奥氏体的形核更容易,长大速度更快,临界硬化温度更低,导致硬化层深度增加,硬度提高。

钢和铸铁激光相变硬化层的残余应力研究

对钢和铸铁中激光相变硬化引起的残余应力现象进行了研究。结果表明，激光相变硬化层中的残余压应力是普遍存在的现象。激光能量密度Ｐ／Ｄｂ＾Ｕ对残余应力的大小有很大影响，且对具有不同原始组织的材料，影响的规律也不同。推导了激光相变硬化层的残余应力公式，并对实验结果进行了分析讨论。

激光相变硬化在CrMo铸铁汽车模具中的应用

利用不同的激光工艺参数对CrMo铸铁汽车模具表面进行了激光相变硬化试验,探讨了激光工艺参数对激光相变硬化层的深度、显微硬度的分布及组织结构变化的影响。结果表明,适当的工艺参数可使试样的表面硬度得到不同程度地提高,同时可以消除表面裂纹,显著提高汽车模具的使用寿命。

球墨铸铁QT600-3激光相变硬化试验研究

采用CO2激光对模具材料球墨铸铁QT600-3进行激光相变硬化的试验研究。结果表明,在较大光斑直径,较低的激光功率密度,较低激光扫描速度的工艺条件下,激光扫描后的硬化层组织中含有较多的针状马氏体;硬化层表面的宏观硬度可达60HRC,为基体硬度的2.4倍,硬化层表面处的显微硬度随着扫描速度的减小而增大,随着激光功率的增大而增大。硬化层深度可达到0.95 mm,硬化层的深度随着扫描速度的增加而减小,随着激光功率的增加而略有增加。

TA2钛材的激光相变硬化复合低温气体渗氮工艺

为了提高TA2钛合金的耐磨性和耐蚀性,采用激光相变硬化-气体渗氮工艺对TA2钛进行表面改性。利用体视光学显微镜、透射电镜和X射线衍射仪对TA2激光相变硬化-气体渗氮层进行表面形貌、微观组织和相组成分析;利用显微硬度计对两种复合改性层的显微硬度进行测试。结果表明:TA2钛表面经激光相变硬化后,可实现430℃低温渗氮。此条件下晶粒得到细化,亚结构和缺陷密度的增加有利于氮元素和晶内扩散,相变组织与氮势梯度具有良好的对应关系。通过改善渗层的组织结构和化学成分分布状态,获得了性能优良的TA2钛表面硬化层。

脉冲激光熔凝和相变硬化的研究现状

综述了脉冲激光熔凝和相变硬化的国内外研究现状 。

45钢激光相变硬化和感应加热表面淬火硬化后的组织和性能

采用光学显微镜、电化学工作站和力学性能测试等对45钢在激光相变硬化和感应加热表面淬火两种不同淬火方法下的淬硬层组织、导电性能、耐腐蚀性能进行了对比分析。结果表明：经过激光相变硬化处理过的45钢试样导热性要低于感应加热表面淬火试样,而经过表面淬火处理的试样导热性明显低于未经过处理的试样;在相同扫描速度4 mm/s下,感应加热表面淬火试样的淬硬层深度远大于激光相变硬化试样的淬硬层深度,淬硬层组织分布相对弥散,马氏体转化率较低,激光相变硬化试样淬硬层组织晶粒相对细小,淬硬层较薄,转化马氏体组织较为均匀;同时激光相变硬化试样的腐蚀程度小于感应加热表面淬火试样,而感应加热表面淬火试样腐蚀后的硬度值及强度不如前者,总体而言,激光相变硬化试样的淬火效果要优于感应加热表面淬火试样的淬火效果。

激光扫描参数对相变硬化层均匀性的影响

以三维瞬态温度场分布模型为基础 ,对激光相变硬化中不同激光功率和扫描速度组合对硬化层分布均匀性的影响进行了理论研究。研究结果表明 ,在一定光束模式下 ,采用高功率快速扫描可得到相对更为均匀的硬化层分布。据此提出了以综合考虑表面不熔、层深和硬化层分布均匀性三方面要求为原则的扫描参数选择方法 ,即以表面不熔和层深条件限定的两条P

圆柱体激光相变硬化三维温度场数值计算

建立了圆柱体工件激光相变硬化过程的三维传热学模型,根据此模型,采用有限差分法对圆柱体工件在激光相变硬化过程中的三维非稳态温度场进行了数值模拟,预测了42CrMo钢圆柱体工件激光相变硬化区的宽度和深度.对42CrMo钢圆柱体工件进行了激光相变硬化实验,并实测了工件激光相变硬化区的宽度和深度.研究结果表明:采用数值计算的方法,可以准确地计算出圆柱体激光相变硬化过程的温度分布及微观组织分布;预测的激光相变硬化区宽度和深度与实验测量结果符合的较好.

40Cr钢大面积激光相变硬化中的硬度分布特征

以提高耐磨性为主的大面积激光相变硬化必须采用光斑搭接方法 ,在搭接处的回火带是不可避免的。本文研究了大面积激光相变硬化硬度分布特征 ,研究搭接量与回火带的关系 ,找出适合生产实际需要的搭接方案 ,以解决大面积激光相变硬化技术在汽车、冶金行业中的大型模具。