激光对二元合金表面相变硬化的数值模拟

本文用有限差分法对合金材料激光相变硬化过程的温度场进行了三维数值计算。模型主要考虑了入射激光光束的Ｇａｕｓｓ分布特性,以及工件的有限尺寸,工件材料热物理性质的温度依赖关系,对流、辐射造成的表面热损失。根据模型可以得出工件表面及内部的温度分布,并预测激光处理的相变层深。     

脉冲激光钼表面氮化处理温度场的数值模拟

本文用有限差分法对金属钼表面脉冲激光生成氮化钼薄膜过程的温度场进行了三维数值模拟计算,计算模型在能量平衡方程的基础上,将入射的脉冲激光在时间与空间上的分布以Gauss分布考虑,同时考虑工件尺寸、工件材料热物理性质及对流辐射造成的表面热损失等对温度场的影响,此外还从理论上计算了激光脉冲在脉冲宽度加宽后的温度场变化,分析了利用长脉冲激光进行材料表面相变硬化和激光重熔的可行性。     

GCr15钢激光相变硬化的三维数值分析

用有限差分法对GCr15钢激光相变硬化工艺过程进行了三维数值分析，得出试样表面和内部任意部位的三维温度分布图像，可以预测相变层深及作出相变区的剖面图，其结果与实验一致。     

轴端沟槽底部激光强化工艺参数优化研究

分析了选用不同激光能量密度对HT300进行表面强化处理时，材料表面呈现的四种状况；未相变硬化、相变硬化、表面微熔与表面熔凝的金相组织。根据工艺要求，选取相变硬化方法对轴端沟槽底表面进行处理。分析了工件激光处理方法并通过试验研究，寻找轴端沟槽底部激光强化工艺参数；激光功率（P）、光斑直径（D）及扫描速度（V）的优化组合。硬度测试及耐磨性能试验表明：激光相变处理和激光熔凝处理后轴端沟槽底部表面较表面感应淬火硬度分别提高7%和34%，绝对磨损体积分别下降了13%和25%。实践证实，对轴端沟槽底部激光相变硬化处理方法较其他表面处理方法工艺简单，加工工件符合技术要求，试验结果对零件表面处理提供了可靠依据。     

工件形状对激光相变硬化温度场和应力场的影响

利用Sysweld有限元软件建立三维有限元模型,采用三维高斯热源,考虑材料热物性能随温度的变化,对平板和回转体内壁进行了激光相变硬化数值模拟。分析了温度场、残余应力以及马氏体分布的异同,研究了工件形状对激光相变硬化温度场和残余应力的影响规律。结果表明,在表层方向上,平板模型和回转体内壁模型的热循环相似;截面方向上,内壁模型峰值温度高于平板模型。处理后相变区组织均主要以马氏体为主,其体积分数约为90%。相变区边缘及热影响区产生残余拉应力,相变区存在残余压应力;与内壁模型相比,平板模型相变区中心残余压应力数值较大。     

激光热处理温度场的实验和理论研究

提出了一种激光热处理三维温度场内部边界条件模型，运用有限元方法，对激光热处理温度场进行数值模似，该模型所确定的温度场很好的保证了工作的能量守衡，使得该模型可以用于有限大工件硬化区域的预测。根据相变理论，对该模型进行了实验验证。从该模型得到很好的实验验证显示，数值模拟不仅可以用于激光热处理规律的进一步研究，还可以用于激光热处理的实验预测，获得最佳的热处理结果，达到节约实验费用的目的。     

人工神经网络在激光表面强化控制上的应用

通过大量试验,分析了使用不同的激光工作参数对材料进行激光强化处理时,所得材料表面可归为 4种类别,即:未相变硬化,相变硬化,表面微熔及表面熔凝。并建立了激光工作参数与材料表面强化类别之间关系的人工神经网络模型。实验表明,运用该模型可以方便、准确的选择激光工艺参数,控制材料表面强化类别及工作性能。     

材料表面激光强化类别控制的BP神经网络模型的建立

通过试验分析，表明使用不同的激光工作参数，对材料进行激光强化处理，所得材料表面可归为四种类别，即：未相变硬化，相变硬化，表面微熔及表面熔凝。本文建立了激光工艺参数与材料表面强化类之间关系的BP神经网络模型，并应用该模型，对常用于制造农业机械和发动机齿轮、凸轮轴、链轮、曲轴等零件的材料HT300进行激光强化处理试验。结果表明，BP神经网络模型町方便、准确地选择激光丁艺参数，控制材料表面强化类别及下作性能。     

基于BP神经网络的20CrMo钢激光强化工艺参数优化控制

以激光功率P、光斑直径D、扫描速度V等为输入参数,非相变硬化处理、相变硬化处理和熔凝处理等为输出参数,对材料为20CrMo合金结构钢进行激光强化处理工艺控制优化研究。通过大量试验与计算机模拟分析和对比,建立了激光工作参数与材料表面强化关系的BP神经网络工艺优化模型。经过与实验数据的比较,运用该模型可以方便、准确地选择激光工艺参数,控制材料表面强化类别和保证工作表面的质量,真实反映了激光加工工艺规律。     

基于BP 神经网络的20CrMo 钢

以激光功率P、光斑直径D、扫描速度V 等为输入参数,非相变硬化处理、相变硬化处 理和熔凝处理等为输出参数,对材料为20CrMo 合金结构钢进行激光强化处理工艺控制优化研究。通过大量试验与计算机模拟分析和对比,建立了激光工作参数与材料表面强化关系的BP 神经网络工艺优化模型。经过与实验数据的比较,运用该模型可以方便、准确地选择激光工艺参数,控制材料表面强化类别和保证工作表面的质量,真实反映了激光加工工艺规律。     

脉冲激光相变硬化中的二维点阵光强分布设计

激光强度空间分布是影响脉冲激光相变硬化效果的重要因素。现有的二维点阵光束按强度均匀分布设计,不能完全满足应用要求。为此提出基于有限元(FE)分析的光强空间分布逆向设计思路,并给出了实现方法。建立脉冲激光相变硬化有限元模型,考虑了材料热物性参数随温度的变化和相变过程,并用实验进行校核。研究了二维点阵分布参数对温度场的影响,从目标温度场和硬化层形貌出发对二维点阵的分布参数进行调整,获得优化的强度空间分布。针对汽车冲压模具表面强化的工艺要求,应用此方法设计出具有实用价值的激光强度空间分布。     

脉冲激光表面强化数值模拟及热物性参量影响

建立了包含脉冲激光束时空分布、依赖于温度的材料参量、组织演化历史以及多次相变特征在内的脉冲激光表面强化三维有限元模型。针对常热物性和变热物性并考虑相变潜热两种情况，温度场及其演化分别得到了解析解和通用有限元软件的验证，强化区层深和宽度得到了实验验证。研究了材料热物性对强化区的影响，得到了一定范围内强化区层深随材料热物性参量的变化规律，即：热传导系数不变时，强化区层深随热扩散率的增加而增加；比热容不变时，强化区层深随热扩散率的增加而减小；热扩散率一定时，强化区层深随热传导系数和比热容的增加而降低。以球铁、共析钢和巾碳钢为例，分析了两种确定材料热物性常数方法，即一定温度范围内的平均值法和选取奥氏体化温度附近参量方法的可行性，研究表明平均值法可以得到较好的结果。     

热弹激光超声激励及缺陷检测的有限元分析

为了探讨热弹激光超声的激励机制及其在缺陷检测中的应用,采用有限元分析法对材料中的温度场及应力场进行了计算。阐述了脉冲激光辐照材料的理论基础,将脉冲激光加载于工件表面,同时考虑对流和辐射换热边界条件,分析了材料中的温度场;基于热固耦合,将温度场加载于应力场分析过程中,讨论了热弹机制下纵波声场和横波声场的指向性分布,并通过模拟热弹超声波在含有缺陷工件中的传播过程,获得了缺陷回波信号;搭建了一套热弹激光超声检测系统,以实现表面裂纹深度的测量,通过有限元分析和实验验证,获得了反射系数与裂纹深度的关系。结果表明,反射系数随裂纹深度的增加而增大,使用直径1mm的激光光斑检测深度小于3mm的裂纹,当裂纹深度大于2.2mm时,反射系数的增长趋势变缓。此有限元分析结果能为热弹激光超声在缺陷检测中的应用提供参考和依据。     

激光淬火过程实时检测系统的设计

为了研究激光淬火过程中工件加工质量,研制了一套新型激光淬火动态检测系统.采用CCD实时采集淬火过程红外热辐射图像数据,通过合理选择CCD型号,消除了检测过程中图像过饱和现象.计算机图像处理将彩色图像转换为灰度图像,并对灰度图像进行伪彩色处理和阈值分割处理,获得了加工过程中硬化带宽度数据,设计出实时检测软件系统.结果表明...