激光淬火与中频感应淬火对比研究

利用摩擦磨损实验机对45CrNi钢开展了激光淬火和中频感应淬火摩擦磨损对比实验研究，并利用扫描电镜(SEM)、投射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备对两种淬火试样硬化层进行了微观分析。结果表明，在载荷50～250 N条件下，激光淬火试样的耐磨性比中频感应淬火试样提高了4%～21%;中频感应淬火试样的摩擦系数略大于激光淬火试样的摩擦系数。两者的主要磨损形式均为磨粒磨损，但中频感应淬火试样磨损后表面犁沟的深度和宽度大于激光淬火试样表面犁沟的深度和宽度。两种淬火方法淬硬层均为板条马氏体和少量针状马氏体的混合组织，但中频感应淬火淬硬层有大量的碳化物析出，碳化物含量多且碳化物颗粒大、残余奥氏体多。     

激光淬火和加碳熔凝处理对40Cr钢耐磨性的影响

对40Cr分别进行激光表面淬火(相变硬化)和加碳熔凝(白口铁化)处理,加碳熔凝是通过预覆碳层进行的,分析检测了处理后的试样的显微组织、硬度和耐磨性,并将其与普通淬火态试样进行比较.结果表明:(1)激光淬火试样在两种不同磨损条件下均具有比普通淬火更好的耐磨性.(2)经激光表面加碳熔凝处理后,40Cr钢表面可获得抗磨粒磨损能力较高的白口铁薄层(厚约0.1 mm),但白口铁层中存在的残余拉应力以及白口铁层/相变硬化区之间存在的较多的残余奥氏体将使钢的耐磨性在一定程度上受到削弱.(PE11)     

线路连接金具U型环激光表面耐磨强化研究

新疆作为我国“西电东送”的关键节点，电网覆盖面积大。受新疆恶劣天气的影响，常规设计的金具在服役过程中出现过早失效。为进一步提高线路金具的服役寿命，采用激光强化的方式提高材料表面的耐磨损性能，研究激光强化处理对U型环组织及硬度的影响。根据U型环的实际工况进行了金具磨损试验，对磨损结果进行分析。最后，对磨损后材料的剩余承载力进行测试。结果表明，激光硬化层为针状及板条状马氏体组织，硬化层平均硬度为638 HV,深度约为2.1 mm。组1中未强化U型环的平均磨损质量为19.8 g,组3中激光强化U型环的磨损质量平均为0.9 g,其失重量为未强化U型环的4.5%。由破坏载荷试验可知，激光强化U型环在磨损后的剩余承载力仍高于其标称破坏载荷。     

40CrNiMoA钢表面激光淬火后的组织和性能

采用光纤激光器对卷取机卷筒主轴常用的40CrNiMoA钢进行了激光淬火实验,采用金相显微镜观察试样表面的显微组织,采用维氏硬度计测试相变硬化层的显微硬度,采用立式万能摩擦磨损试验机评估试样的摩擦磨损性能,采用体视显微镜观察试样截面的宏观组织及磨损形貌,采用电化学工作站测试试样的耐蚀性能。结果表明:40CrNiMoA钢经激光淬火后,表面会出现一层相变硬化层,其显微组织主要为细小的马氏体、少量的残留奥氏体以及部分弥散的碳化物;硬化层深度约为200μm,硬度值可达638.3~711.2HV,约为基体的2.6~2.8倍;平均摩擦因数为0.506,与基体相比下降了42.5%,磨损量为1.3mg,仅为基体的36.1%,其主要磨损机制为磨粒磨损;腐蚀电位为-0.497V,自腐蚀电流密度为2.16789×10^-9 A/cm2,与基体相比,腐蚀电位略有提高,而自腐蚀电流密度有所降低,耐腐蚀性能得到了较大提升。     

U型环激光淬火的温度场与组织场仿真研究

U型环使用过程中因过度磨损而发生失效已成为断线、掉线事故的主要原因,激光淬火作为一种绿色强化技术可有效提高U型环耐磨性能。利用COMSOL Multiphysics建立U型环激光淬火的温度场与组织场仿真预测模型,以探究激光辐照时间对U型环淬火过程中温度场、淬火场的分布影响。所建立模型通过试验对比验证,仿真预测结果与试验结果拟合较好。仿真预测结果表明：U型环中心横、纵截面上温度场均呈月牙状分布并随辐照时间增长而向U型环内部扩散。U型环淬火后表层为细小的淬火马氏体组织,随深度增加,过渡区组织为淬火马氏体及少量铁素体组织。U型环最高温度及淬硬区底部深度、表面积与激光辐照时间呈正相关,当激光辐照时间为7 s时,最高温度达到1 434℃,底部深度达到3.12 mm,表面积达到817 mm²,覆盖U型环弯曲段92.21%的上表面面积,可有效提高U型环耐磨性能。5 000 W激光功率、24 mm×18 mm激光光斑尺寸工艺条件下,U型环激光淬火时间窗口为3～7 s。     

3Cr13不锈钢计数器棘轮的激光淬火研究

利用2KW横流CO_2激光器对3Cr13计数器棘轮进行了激光淬火研究,结合零件的原始加工次序,比较了两种次序激光淬火投弹器棘轮的工艺,结果表明:经两种方法激光处理后棘轮的显微硬度均达到了该零件技术指标的要求,显微硬度为HV412∽550。激光处理3Cr13不锈钢硬化层的深度为1.0mm,表面最高硬度HV680,比普通淬火高约HV160。激光处理后齿面的光洁度不变,达(Ra0.4∽0.3μm),激光淬火的变形为2.5μm左右。激光淬火区的显微组织为细小均匀的隐晶马氏体。     

U74钢轨表面激光淬火工艺及其对耐磨性的影响

本文研究了U74钢轨表面激光淬火工艺及其对表面耐磨性能的影响。激光淬硬层分为表面过热区、均匀相变区和过渡区。淬硬层深度约为0.5-0.8mm，单道淬火宽度约4mm，表面硬度可达Hv850-Hv1000，淬硬层组织为高碳马氏体，细晶混合马氏体和少量奥氏体。激光淬火造成的组织细化和大量高碳马氏体的形成是硬度提高的主要原因。在扫描速度为6mm/秒，离焦量60mm的条件下，U74钢轨表面激光淬火的最佳功率约为1.8kW。在该功率下，可以获得最高硬度、最大硬化层深度和最佳能量利用系数。摩擦学试验表明，经过激光淬火，钢轨表面的耐磨性能有了明显提高。     

激光淬火基体对铬层表面形貌的影响

为了揭示激光淬火基体对电镀铬层表面形貌的影响,采用激光离散淬火基体的方法对镀铬层表面形貌进行了研究。铬层表面形成了与离散基体对应的、密实球状组织条带和疏散球状组织条带离散相间的周期性形貌;密实球状组织条带对应着原始基体区,而疏散球状组织条带则对应着激光淬火区。借助于高分辨率扫描电镜,利用化学腐蚀基体和粒子束刻蚀法分别对铬层界面和厚度方向组织形貌的进行了实验分析。结果表明,铬层表面形成了与其对应的周期性形貌,其机理是铬层界面周期形貌和铬层不同的生长方式,将激光离散基体特征传递给了铬层表面。     

GCr15纺锭杆激光淬火工艺研究

本文通过对材料为GCr15的纺锭杆进行激光淬火工艺研究以提高纺锭杆的耐磨性。提出了用三点淬火法来对纺锭杆的前端进行激光淬火,这种方法改善了纺锭杆工作时的润滑条件。通过实验分析得出了GCr15材料最佳的激光淬火工艺参数,以保证纺锭杆前段能够达到最高的硬度。并针对较高淬火温度下,表面硬度下降现象进行了试样的金相分析,找出了产生这种现象的原因。     

激光淬火基体对镀铬层界面剪切强度的影响

为了揭示激光淬火预处理基体提高镀铬身管寿命的机理,采用多裂纹拉伸技术分别对激光淬火处理和激光未处理基体上的镀铬层界面剪切强度进行了测量,发现激光淬火基体可以提高镀铬层界面剪切强度77.7%,并从基体与铬层的界面材料结构和力学两个方面进行了分析。结果表明,激光预处理的界面是连续过渡的,而原始基体的界面存在一个过渡;激光淬火基体表面残余压应力的存在提高了铬层的断裂应力;基体表面硬度的提高减小了最大裂纹间距。     

激光淬火对钛合金微动磨损性能影响的研究

研究了激光淬火对钛合金微动磨损性能的影响。结果表明：钛合金激光淬火后抗微动磨损能力有所提高,其提高幅度与微动幅度的大小和法向载荷的高低有关,在较大微动幅度或较高法向载荷的条件下,激光淬火可显著地提高钛合金抗微动磨损能力。     

基于模糊控制的激光淬火控制算法研究

激光淬火是将激光光束照射到工件表面从而使温度上升以得到相应的相变组织的一个过程。激光淬火能够提高淬火区域抗磨损、抗疲劳以及抗腐蚀的机械性能。但是由于在激光淬火过程中影响激光表面淬火温度场形成的因素很多, 所以很难建立起相应的激光淬火温度场控制数学模型。本文在研究中利用先进的模糊控制技术, 设置相应的模糊控制规则表, 从而通过激光淬火实时的温度反馈, 实现对工件表面的激光淬火温度场进行可靠控制, 从而保证淬火质量。本文所涉及的激光淬火温度场模糊控制算法是以工件表面淬火温度偏差为输入, 以扫描速度为输出的单输入单输出的模糊控制, 具有实用性和可靠性。     

凸轮激光淬火热处理运动分析

为了实现凸轮表面的激光淬火,根据凸轮淬火获取均匀硬化层的3个实现条件,结合激光加工机床的运动形式,采用建立激光淬火过程中激光束与凸轮表面之间相对运动数学模型的方法,对激光头的运动进行了理论分析及算法研究,从而得出X,ω,B 3轴运动的计算公式。结果表明,凸轮的激光淬火热处理运动是可控可行的,这为复杂工件的加工奠定了一定的理论基础。     

基于Abaqus圆柱圆周表面激光淬火温度场仿真

针对圆柱圆周表面激光淬火的温度场形成特点,利用Abaqus软件对其进行温度场仿真分析。通过对圆柱进行三维实体建模,细化作用面,细分作用时间步长等操作,实现了对圆柱圆周表面激光淬火的温度场瞬态形成仿真。通过对仿真所得结果进行分析,得出对于圆柱圆周表面的激光淬火温度场来说淬火路径开始区域的淬火温度比淬火路径末端区域的淬火温度小。从而说明在圆柱圆周表面激光淬火时,由于激光光斑扫描的方向是趋于已淬火区域,所以已淬火区域的残留温度会对淬火区域的基温有影响,从而使得激光淬火路径末端区域的淬火温度高。研究为利用Abaqus软件对圆柱圆周表面激光淬火温度场形成仿真分析提供了指导,对圆柱圆周表面激光淬火工艺应用于实际生产有很大的帮助。     

激光在圆柱形工件上产生的热场和激光淬火模拟

运用差分法建立了圆柱体表面激光产生热场的计算,对不同的激光分布进行了模拟研究,给出了不同尺寸圆柱形物体的热场模拟.结果表明,激光在圆柱体上产生的热场与激光强度分布、圆柱体半径大小有关,在圆柱体半径较小时,激光热处理的自冷却条件不成立,因此,如果对圆柱表面进行热处理,必须注意有临界尺寸效应,超过该临界尺寸,可以进行激光自冷却热处理,小于该临界尺寸不能用激光自淬火热处理,必须加以辅助冷却;同样,对于管状物体也必须注意热处理时自淬火条件是否满足,否则,必须采取辅助冷却手段,以便获得适当的淬火层. 在模拟的同时,用相关尺寸的圆柱形和圆管形试样进行了热处理研究,试验结果和模拟结果进行了比较,充分肯定了模拟结果的正确性.同时,从模拟结果和实验结果的误差分布可以看出,激光热处理时,如果吸收层的不稳定会带来模拟和试验控制的困难,因此,除了研究模拟问题外,必须解决激光在试样表面的稳定吸收问题,否则,模拟结果和实验结果是不可预计的.(PE4)     

球墨铸铁曲轴激光淬火试验研究

介绍了激光淬火球铁曲轴的优点,提出了一种激光淬火球铁曲轴圆角部分扫描的新方法。通过优化激光淬火球铁曲轴的参数,对球铁曲轴进行了实验,实测了激光淬火后硬化层的深度、表面硬化层的硬度及表面残余应力。实验还表明曲轴激光淬火前后变形量较小,抗疲劳性能优良,淬火带内存在较大残余压应力,为改进曲轴表面处理方法提供了依据,具有广泛的应用前景。     

基于计算机模拟的激光淬火边缘效应分析研究

利用计算机模拟技术对激光淬火进行了温度场模拟,通过实验与模拟结果对比确定了激光淬火中表面经过磨削加工并喷涂了黑色快干漆的GCr15钢对激光光束能量的吸收率.通过利用不同工艺参数进行模拟,得到了在不同激光淬火工艺参数作用下的模拟淬火温度场,从而分析了进端、出端边缘效应对淬火温度场的影响.最后通过反复模拟试验,提出了利用合适的激光淬火工艺参数以及加速的方法实现淬火过程中瞬时最高淬火温度的均匀,进而保证激光淬火硬化层的均匀.     

高强度螺栓激光表面强化工艺及性能研究

我国温州沿海地区风力资源丰富,在发展风电新能源方面具有天然优势,然而温州电网的安全运行却受到当地强台风、沿海地区高湿度及高盐度等不良气候环境的影响,螺栓及线路金具在服役过程中发生过早失效。故对螺栓进行激光表面强化处理,改善材料的耐磨损性能,并对激光处理后材料的组织、硬度、耐磨损性能及冲击韧性进行分析。结果表明,激光强化层组织为针状及板条状的马氏体组织,深度最高为1 mm。激光强化后螺栓的耐磨损性能明显提高,与未强化螺栓相比,激光强化螺栓的失重量下降了95.37%,磨损深度下降了91.37%。未强化材料的冲击韧性为89 J,激光强化后材料的冲击韧性略微下降至75 J,但仍符合相关标准要求。     

曲轴激光淬火工艺

为实现在将曲轴水平放置绕主轴转动条件下,对单拐或多拐曲轴的主轴和曲柄轴进行激光淬火和激光熔覆,建立了激光作用于曲拐表面形成螺线时的光斑轨迹方程。根据802D数控四轴联动激光淬火通用机床的运动特性,采用圆弧插补方法,以四轴联动方式编程,设计了激光网纹淬火数控程序。在四轴联动激光加工通用机床上实现了曲轴水平放置绕主轴转动对曲柄轴面的网纹进行激光淬火和激光表面熔覆。由于主轴匀速转动,定位不需要配重铁,工作过程稳定,可以一次装夹,不再改变曲轴回转中心,即可完成单拐或多拐曲轴的主轴和曲柄轴的激光淬火和激光熔覆,使802D数控四轴联动激光加工通用机床的功能得到发挥。     

渗碳淬火零件表面激光熔凝后的组织特性研究

采用3000W CO2激光器对12Cr2Ni4A钢渗碳淬火表面进行了激光熔凝处理.设计了激光熔凝处理的工艺参数,获得了表面光洁、成形良好的硬化层.研究了渗碳淬火层经激光熔凝处理后的组织特性与显微硬度分布.结果表明,预置TH-1型增强激光吸收涂料的激光熔凝处理能够显著的改善组织,显微硬度可达HV0.21100.研究还发现,激光熔凝处理后的零件表层与内部没有任何裂纹出现.研究结果为激光表面处理修复或强化渗碳淬火零件提供了基础资料.