QT600球墨铸铁激光淬火相变层机械性能的研究

利用CO2激光对QT600球墨铸铁进行了淬火处理试验，对其金相组织、显微硬度和耐磨性进行了分析，并用X射线应力仪测定QT600激光淬火后的残余应力分布。试验结果表明，激光淬火后QT600的金相组织为隐品马氏体＋石墨，硬度为60—70HRC，耐磨性提高了46％，表面淬火相变层的残余应力均为压应力，其值在-250MPa以上，将有利于提高QT600材料的使用寿命。     

激光冲击强化区的残余应力测试分析

用高重复率钕玻璃激光器,对QT700-2进行了激光冲击强化处理,利用X-350A残余应力测试仪对QT700-2激光冲击强化区残余应力进行了测试,结果显示经激光冲击处理后试件表面具有较高的残余压应力,可达-200Mpa以上;分析了表面残余应力及沿层深方向残余应力的分布情况。对激光冲击强化处理技术的实际工程应用具有指导性意义。     

40Cr钢表面激光复合强化机理研究

利用NEL2500A轴向快速流动CO3激光器对40Cr钢进行了激光淬火处理，又利用Nd：YAG激光器对40Cr钢的淬火马氏体强化区进行了激光冲击强化处理，选用K9玻璃为约束层。处理结果表明，40Cr钢的复合强化处理区与激光淬火强化处理区相比，马氏体区表面发生了超塑性形变，马氏体发生了细化和碎化，位错密度大大增高，各项机械性能都得到了大幅提高，其中，硬度提高了10．9％，耐磨性提高了100%，尤其是材料内部残余应力全部变成了残余压应力，表面最大残余应力达到-372MPa。     

QT600-3凸轮轴表面激光相变硬化的实验研究

用（L93^4）正交试验法研究QT600-3凸轮轴激光相变硬化工艺参数优化组合，分析了凸轮轴激光相变硬化方法。试验结果表明：激光相变硬化层显微硬度比等温淬火提高了50％；硬化层深达0．5mm；耐磨性提高了1倍；表面残余应力为压应力。能满足凸轮轴工作要求，为改进凸轮轴表面处理方法提供了依据。     

7050航空铝合金激光冲击强化残余压应力研究

用激光冲击强化处理装置对重要航空铝合金结构材料7050T7451、7050T7452不同工艺条件下进行了冲击强化处理,并对试件激光冲击区存在的残余压应力进行了测量。结果显示经激光冲击处理后试件表面具有极高的残余压应力,可达-200MPa以上;经过两次迭加冲击处理能够极大提高强化效果,其残余压应力相比单次冲击处理提高1倍以上;单面两次迭加处理与双面依次迭加冲击处理相比,试件正面(先冲击一面)残余压应力水平相当,且双面依次迭加处理试件反面(后冲击一面)的残余压应力远小于正面。以上一系列重要结果均为首次通过试验发现,对激光冲击强化处理技术的实际工程应用具有指导性意义。最后还给出了相应的表层组织结构分析和疲劳寿命试验结果。     

激光冲击强化诱导的残余应力场分析

激光冲击强化是一种新兴的现代表面处理技术,它利用激光产生的高幅冲击波在冲击区诱导出有益的残余压应力,从而达到强化材料的目的。在分析了激光冲击强化的基本原理和残余应力的形成过程后,探讨了残余应力的计算模型,同时对激光冲击强化后,冲击区表面和深度方向上的残余应力分布特点进行了分析。研究表明在激光冲击强化过程中,存在最佳的冲击波峰值压力;经激光冲击后,金属表面产生很深的残余压应力,且冲击区的残余压应力在表面和深度方向上都基本为均匀分布。     

受控激光喷丸强化技术

介绍了一种利用强脉冲激光诱导产生的冲击波压力来进行金属表面改性的新技术——受控激光喷丸强化技术，可以大幅度提高金属材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力，但疲劳寿命和抗应力腐蚀能力并不总随着喷丸强度的提高而线性增加。最佳的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力常出现在特定的残余压应力水平和分布下，也即取决于喷丸参数的最佳组合。由于激光喷丸中工艺参数对喷丸后工件表层的残余应力场有决定性的影响，如何依据已给的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力来合理确定喷丸强化的工艺参数成为目前主要的研究方向。受控激光喷丸的机理与残余应力的形成过程密切相关。首先在理论上研究了影响残余应力分布的激光喷丸工艺参数，如激光功率密度、脉冲宽度、光斑直径等，以及这些参数和残余应力层深度的关系。然后采用QT700-2试样进行激光喷丸强化对比实验，对激光喷丸后的残余应力场大小及其分布进行了无损检测。结果表明，在激光喷丸强化工件时，残余压应力层厚度存在一个最佳值，此时金属表面的疲劳性能和抗应力腐蚀性最优，喷丸工艺参数也达到一个最佳组合。     

304不锈钢激光冲击处理后的残余应力产生机理

利用激光冲击波对304不锈钢表面进行了强化处理,用电子扫描电镜观察了激光强化处理后表面显微组织结构的变化,并测定了其显微硬度和残余应力,分析了激光冲击处理后显微硬度和残余应力的分布规律,并对残余应力产生的微观机理进行了讨论.实验结果表明:激光表面强化处理后,冲击区微观结构中产生了微塑性变形,显微硬度从基材的220 HV提高到冲击区的310 HV;用X射线分析仪测得冲击区残余压应力为-200 MPa以上,有利于提高其疲劳寿命;在激光冲击波作用下,材料表面发生的塑性变形不能完全恢复,是残余压应力产生的主要因素.     

激光冲击强化处理40Cr钢的实验研究

利用Nd∶YAG激光器 ,对 4 0Cr钢进行了激光冲击强化处理。激光冲击强化参数 :激光波长 1 0 6 μm ,脉冲时间为 2 3ns,功率为 16～ 2 0J,功率密度为 2 0GW /cm2 左右 ,光斑直径为 7mm。选用K9玻璃为约束层 ,外形尺寸为 19mm× 4mm ;86 1墨漆为吸光涂层 ,厚度为 0 0 2 5mm。利用HVS 10 0 0显微硬度计和X 35 0残余应力测试仪 ,对 4 0Cr钢激光冲击强化区的显微硬度和残余应力进行了测试 ,结果表明 ,4 0Cr钢经激光冲击强化后 ,强化区表面硬度提高了 30 % ,冲击强化区中心最大残余应力达 - 4 5 0MPa。此外 ,利用H 80 0透射电镜对激光冲击强化区的显微组织进行了观察和分析 ,在强化区显微组织内发现了相变马氏体、初生马氏体和高位错密度     

热处理和激光冲击对2Cr13马氏体不锈钢冲击韧性的影响

采用冲击试验机、X射线应力检测仪、光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)等仪器观察和分析了2Cr13不锈钢在920℃～970℃温度下淬火、700℃回火与激光冲击(LSP)复合处理后的冲击韧性、残余应力、金相组织和断口形貌。结果表明,随着淬火温度的升高,2Cr13钢的冲击韧性为先增加后减少;尤其是在淬火温度为940℃、回火700℃热处理后,LSP强化得到的冲击韧性最高。在这种条件下,其残余压应力相比其他热处理的残余应力要稍高,冲击断口断裂为准解理与韧窝的混合型断裂。     

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。     

激光处理金属冷、热切锯片的性能研究

锯片在使用过程中，经常出现裂纹、崩齿和振动问题。针对这种情况，采用激光淬火锯片齿尖代替原有的热处理工艺处理锯片齿尖。由于激光淬火形成的淬硬层较薄，组织晶粒比较细小，硬度较高，耐磨性较好，而锯齿内部仍保持良好的韧性。在采用激光淬火时。通过金相检验、有限元模拟并合理选择激光工艺参数和严格控制淬火区域，保证了激光淬火的锯片齿尖具有高的耐磨性和抗冲击性能，从而不易出现崩齿、断齿和齿尖腐蚀等现象。另外，在保证锯齿有良好的锯切性能的同时，锯片的振动和稳定性问题也是一个不容忽视的问题。而激光强化可改变锯片的应力分布，对锯片的振动特性有很大的影响。激光强化的效果取决于激光的工艺参数：激光功率和扫描速度。经理论计算和生产实践检验：通过合理选择激光的工艺参数对锯片进行处理，可延长锯片的使用寿命并能很好地保证锯切质量减少噪声。     

激光淬火及熔覆层性能与物相变化的拉曼光谱研究

利用拉曼光谱研究了45#钢激光淬火层的抗氧化性能和碳在淬火层内的状态,同时研究了镍基合金激光熔覆层内碳的结构形态转变和抗氧化性能。研究结果表明,45#钢中的碳主要表现为纳米非晶石墨和类金刚石结构,激光淬火可以明显提高45#钢表面的抗氧化性能并使碳颗粒细化。随着测试激光功率的增大,激光淬火层表面和次表面的拉曼光谱保持不变,而激光淬火层内部和基体的拉曼光谱发生非常明显的变化,出现了很强的-αFe2O3的拉曼信号。这表明45#钢激光淬火层的表面具有非常优异的高温抗氧化性能。发现在激光熔覆Ni02合金层与基体的接合部非晶碳可以转化为金刚石结构。熔池底部高的温度梯度和快速凝固过程中在界面处产生巨大的瞬间压力,可能是在该区域内非晶碳直接转化为金刚石的主要原因。     

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。     

调质状态下30CrMnSiA钢的激光焊接接头性能与组织

研究了调质状态下激光焊接 30CrMnSiA钢时焊缝的金相组织、显微硬度及热影响区性能变化 ,分析了焊接接头的拉伸机械性能及拉伸试样断口形貌。结果表明 ,在焊接参数匹配和工艺技术措施选择合理的情况下 ,采用激光焊接调质状态下的 30CrMnSiA钢 ,焊接接头的性能和组织优良 ,热影响区硬化、脆化和软化等性能上的变化问题并不突出 ,焊后不需热处理即可保证焊接接头的性能。调质状态下 30CrMnSiA钢激光焊接工艺参数选定的主要出发点应是防止裂纹和保证焊缝表面成形质量。     

千瓦级激光二极管抽运热容固体激光器

开展了热容激光二极管(LD)抽运固体激光器理论和实验研究工作,进行了抽运源耦合结构的光线追迹和优化设计,针对热容工作模式下激光介质的激光特性进行了初步理论分析,数值模拟了不同抽运条件下激光介质的增益分布及温度梯度、应力梯度,确定了激光器的安全运行条件。初步完成了热容激光器实验平台的建立:采用两个220 Bar的激光二极管面阵对直径为50 mm,厚度为15 mm的Nd∶GGG晶体进行抽运,耦合方式为微透镜准直加正交柱透镜组,耦合光斑的大小为30 mm×30 mm,谐振腔采用平平腔,实验结果表明该激光器在平均抽运功率为8100 W的激励条件下获得了1385 W的激光输出,光-光转换效率约为17%。     

高碳高铬轧辊用钢激光相变强化研究

为了研究高碳高铬轧辊用钢的激光相变强化行为,采用5kW连续横流CO2激光器对高碳高铬轧辊进行激光相变强化试验,并进行了显微组织分析和硬度测试,得到了适应生产的激光相变强化工艺参数.结果表明,激光相变强化处理后的硬度可由550HV提高到750-800HV,峰值可达900HV.当扫描速度为8mm/s,激光功率为2200W,光斑直径为8mm时,可得到0.5mm深的淬硬层,且不出现软化带.     

激光功率密度对板料激光冲击成形性能的影响

为了研究激光功率密度对铝合金板激光冲击成形性能的影响,采用数值仿真的方法,选用不同激光功率密度对铝合金板进行激光冲击成形数值模拟,获得不同激光功率密度与冲击次数下的板料成形极限,并对不同激光功率密度冲击下板料的成形深度、厚度及应力分布进行了分析。结果表明,板料在中心处容易发生破裂;板料的成形极限与激光功率密度大小成反比,而与激光冲击次数成正比;通过合理选择激光功率密度和冲击次数可提高铝合金板的成形性能。