利用整形激光處理45號鋼的仿真模擬與組織性能研究.pdf

1、激光自上世紀60年代問世以來，因其自身特有的極大的應用價值，得到了各個領域的廣泛重視，在短短的幾十年里，激光表面處理技術得到了迅速的發(fā)展，其中，激光相變硬化以其加熱速度快、淬火硬度高、工件變形小、淬火部位可控、不需淬火介質、生產率高、無氧化、無污染等優(yōu)點，被廣泛應用于交通運輸、紡織機械、模具制造、精密儀器上。由于激光器所發(fā)射出的激光的能量密度多呈斯型分布，因其中心能量過高，導致加熱過程中光斑中心部位出現過熱現象，所以激光相變硬化過程中，

2、很難通過單道掃描工藝使所加工表面完全硬化，工業(yè)中常常采用多道搭接工藝來彌補單道掃描過程中產生的不足，然而，多道掃描的搭接過程中，激光邊緣能量會對應經硬化的工作層產生回火作用，使加工后的工作面的性能出現波動性，因此改變激光傳統(tǒng)的能量分布形態(tài)，克服傳統(tǒng)高斯型能量分布的光斑掃描過程中邊緣加熱能力不足的缺點，成為激光相變硬化工藝在工業(yè)生產中應用時，必須面對并解決的問題。
　　本文首先根據激光相變硬化的機理，綜合考慮了相變潛熱的存在，熱向系

3、數隨溫度的改變情況和快速加熱與靜態(tài)加熱過程中組織奧氏體化的差異，建立起三維動態(tài)激光相變硬化過程的數學模型;利用COMSOL Multiphysics多物理場耦合仿真模擬軟件對所建立的數學模型進行計算求解，在所建立起的激光相變模型中，通過改變激光光斑前端與后端、中心與邊緣能量密度分布，研究不同能量密度分布的光斑掃描過程中溫度場的變化規(guī)律;隨后利用瞬時態(tài)溫度場的分布情況，求解出激光相變硬化過程中不同能量密度分布的激光光斑所能產生的硬化區(qū)域的

4、尺寸;最后對不同參數下，硬化區(qū)尺寸的變化規(guī)律進行了總結
　　同時，利用Danial Wellburn博士自制的激光整形器，對傳統(tǒng)激光的能量分布進行了調整。選取退火態(tài)45號鋼為基體材料，利用整形后的光斑在不同的掃描功率，不同的掃描速度下，對基體組織進行表面硬化處理，利用金相顯微鏡對硬化區(qū)的幾何形貌變化進行觀察;利用掃描電子顯微鏡對硬化區(qū)組織進行觀察;利用維氏顯微硬度計測量出不用工藝參數下硬化層的最大深度，以及不同工藝參數下硬化層硬度