激光冲击改善W6M05Cr4V2(M2)高速钢刀具材料耐磨性的研究

目的 研究激光冲击强化(LSP)技术对M2高速钢材料表面抗磨损性能的影响.方法 采用高功率短脉冲的强激光束对M2试样进行激光冲击处理,然后用显微硬度计测量试样冲击区横截面上的纵向显微硬度,用磨损试验机对冲击处理前后的试样进行磨损实验.结果 在铝箔涂层、流水约束层作用下对M2高速钢试样进行激光冲击强化处理,试样强化层中的奥氏体晶粒显著细化.试样冲击区横截面上形成了由表及里的纵向显微硬度梯度,获得了深约0.6 mm的硬化层,表层材料显微硬度峰值高达70HRC左右,比基体硬度提高10％左右.激光冲击处理后的M2试样表面较光洁,磨痕较少,磨痕底部相对平滑,犁沟深度较浅,磨损量较小,稳定磨损阶段较长,表面呈现较好的抗咬合性和较高的耐磨性.结论 经激光冲击处理后,M2高速钢材料强化层所获得的较细晶粒和较高硬度有效改善了表面抗磨损性能,进一步提高了M2高速钢刀具的切削性能与使用寿命.     

CO_2激光融化聚合物的理论研究

为了研究聚合物的激光熔融塑化效果,在分析CO2激光对聚合物的光热作用基础上,建立激光融化聚合物理论模型,依据能量守恒和热物理原理,计算推导了激光参数与温度变化的数学关系表达式,并以CO2激光融化典型聚合物为例,数值计算和实验分析激光参数对融化深度的影响。结果表明:聚合物呈现出浅表面融化和深度融化两种特征,选择合适激光参数能够实现由表及里的聚合物整体融化,理论计算的融化深度与实验测量结果较为吻合,利用所建立的理论模型及其相关分析公式,可为探索CO2激光辐照的聚合物塑化成型加工提供理论依据。     

PMMA微结构件激光融化成型实验

为了满足聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微结构件的高效率和高质量成型加工,提出了激光融化成型新方法,设计和研制实验装置,采用CO2激光扫描辐照方式进行融化成型实验,依据热物理和能量守恒原理,理论计算和模拟分析试样在激光扫描过程中的温度场变化,并通过正交实验设计和实验,分析工艺参数对微结构复制精度的影响。结果表明:熔体温度是影响成型质量的主要因素,温度高则成型精度好;工艺参数对微结构复制精度的影响程度分别是:激光功率对提高复制精度起决定性作用,其次是扫描时间和模具温度,最后是成型压力。采用优化后的工艺参数进行实验,获得较好的微结构复制精度,表明了PMMA微结构件的激光融化成型具有可行性。     

基于清洗表面形貌的AH32钢激光除锈机制

为了获得纳秒激光除锈工艺规律并揭示除锈机理,研究了不同工艺参数下激光除锈后AH32船用钢的表面形貌与粗糙度。采用纳秒脉冲激光器在不同工艺参数下对试样表面锈层进行激光清洗,使用激光共聚焦显微镜测量清洗表面粗糙度,基于扫描电镜观察清洗表面微观形貌,借助能谱分析仪进行清洗表面元素分析。最后,结合试验结果揭示了AH32船用钢的纳秒激光除锈机制。试验结果表明:在3 000mm/s的扫描速度下分别采用30.6J/cm2和10.2J/cm2的激光能量密度对AH32船用钢表面锈层进行分步激光清洗,可以显著改善清洗形貌并降低表面粗糙度。微观形貌分析发现在上述清洗条件下,基体表面呈现微熔状态,光斑内部光滑均匀,边缘分布枝晶状乳突结构。分步激光清洗工艺可以获得较好的清洗效果和较高的清洗效率,其除锈机制主要包括孔洞爆破机制和烧蚀蒸发机制。     

高周疲劳条件下激光温喷丸TC4钛合金的残余应力释放规律及疲劳特性

使用Nd:YAG纳秒激光器分别在试样表面温度为20、100、200、300以及400℃下对TC4钛合金狗骨状拉伸试样进行激光喷丸表面强化,然后使用疲劳试验机在高周疲劳条件下对试样进行残余应力释放测试与疲劳寿命测试,并使用热场发射扫描电镜研究激光温喷丸后试样的断口特点。结果表明,经过10 000次循环载荷后,试样表面温度为20、100、200、300及400℃时激光喷丸TC4钛合金试样的残余压应力幅值分别下降至–100、–75、–132、–196与–146 MPa;由于较高的残余压应力幅值及较低的残余应力释放速度,300℃时激光温喷丸试样的疲劳条带间距约为0.42μm,比20℃激光喷丸降低了约64%;300℃时激光温喷丸试样的疲劳寿命高达147 846次,约为20℃激光喷丸试样的1.7倍。     

激光冲击强化对W6Mo5Cr4V2高速钢材料表面性能的影响

目的研究激光冲击强化处理对W6Mo5Cr4V2(M2)高速钢材料表面性能的影响机理,探讨激光冲击强化处理可否作为提高M2高速钢刀具使用寿命的一种手段。方法以铝箔作为表面吸收层、流水作为约束层,采用高功率钕玻璃激光冲击系统对M2高速钢试样进行激光冲击强化处理,然后用砂纸对试样表面打磨,用研磨膏抛光表面,用硝酸酒精溶液浸蚀金相试样。分别用金相显微镜和扫描电镜对被冲击试样强化层的微观组织进行观察及分析,用显微硬度计测量激光冲击前后试样表层材料的显微硬度,用X射线应力测定仪测量激光冲击后试样表面的残余应力。结果当采用的激光波长为1064 nm、激光能量为9 J、光斑直径为3 mm、脉宽12 ns、激光功率密度为12.7 GW/cm~2时,M2高速钢材料强化层中的奥氏体晶粒显著细化,形成位错马氏体与孪晶马氏体的混合组织,M2试样表面硬度较激光冲击处理前提高约6.67%左右。试样表面获得了约1.0 mm深的残余压应力层,最大残余压应力在表层,约为-155 MPa。结论激光冲击强化处理在一定程度上改善了M2高速钢材料的表面性能,有利于提高M2高速钢刀具的切削性能与使用寿命。     

超声振动辅助激光熔覆IN718-Hf涂层的抗高温氧化性能

目的 基于航天航空领域对IN718合金的抗高温氧化性能需求,通过活性元素(RE)掺杂与物理场辅助,提升IN718合金的抗高温氧化性能。方法 采用超声振动辅助激光熔覆工艺,在IN718合金表面制备IN718-Hf熔覆层,研究涂层的微观结构演变,以及在800℃下长达100h的氧化行为。利用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针显微分析仪(EPMA)研究涂层的显微组织、氧化膜结构和元素分布。通过X射线衍射仪(XRD)分析物相。结果 在不同Hf含量(均以质量分数表示)的涂层中,IN718-Hf(0.3%)涂层中的氧化层最薄、最均匀。Hf的高化学活性使得它很容易与其他元素发生反应,增加了成核粒子数量,使涂层中的微观结构细化。超声振动的施加提升了熔池的过冷程度,同时打碎了熔池中粗大的柱状枝晶,从而达到了细化晶粒的目的。晶粒细化有利于形成致密均匀的氧化层,从而增强材料的抗高温氧化性。氧化层具有双层结构,外层为Mn Cr₂O₄尖晶石,内层为Cr₂O₃。Hf的掺杂和超声振动的施加促进了Mn Cr₂O...     

基于响应面的Q345C钢锈层激光清洗工艺参数优化

目的 分析激光清洗工艺对Q345C钢表面质量的影响规律,优化激光清洗工艺参数,为Q345C钢管桩的激光除锈提供支撑。方法 采用纳秒脉冲激光器对Q345C钢表面锈层进行清洗,分别使用Image-Pro-Puls软件、场发射扫描电镜以及共聚焦显微镜,测量Q345C钢表面去除率、表面氧元素含量及表面粗糙度。基于响应面分析,采用BOX-Benhnken组合方法进行试验设计,建立激光清洗工艺参数与清洗表面质量之间的数学关系,分析激光清洗工艺参数对清洗表面质量的交互影响趋势,在此基础上对工艺参数进行优化,并对优化结果进行试验验证。结果 通过响应面分析可得,适用于100 μm厚Q345C钢锈层的最佳清洗工艺参数为：激光功率53 W,重复频率80 kHz,振镜扫描速度5555 mm/s。清洗后表面质量良好,露出金属本身色泽,无残余锈层存在,达到Sa2.5级,表面去除率为91.37%,表面氧元素含量为2.41%,表面粗糙度为7.09 μm,满足钢管桩除锈工艺要求。结论 激光清洗工艺参数与清洗表面质量之间的数学关系,能够用于Q345C钢表面形貌预测及工艺参数优化。激光除锈采用合适的工艺参数,可以获得良好的表面质量和较高的除锈效率。     

加权路网空间中动态聚集最近邻居查询算法

聚集最近邻居（ANN）查询作为空间数据库的经典问题在网络链路结构优化、物流集散点选址、共享汽车服务等方面有着重要的意义,能有效促进物流、移动互联网行业以及运筹学等领域的发展。现有的研究存在如下不足：缺少针对大规模动态路网数据的高效索引结构,在数据点位置实时移动以及路网权重动态更新的场景下算法的查询效率较低。针对上述不足,提出动态场景下的ANN查询算法。首先利用G-tree作为路网索引,提出将四叉树和k-d树等空间索引结构与增量欧氏空间限制（IER）算法结合起来的剪枝方法,以完成静态空间下的ANN查询;随后针对动态场景下数据点位置频繁更新的问题,加入时间窗口及安全区域更新策略,以减少算法的重复计算次数,实验结果表明效率能提高8%～85%;最后针对路网权重变化的ANN查询问题,提出两个基于校正的连续查询方法,在历史查询结果的基础上,根据权重变化的增量来得到当前的查询结果,在某些场景中能够有效降低50%左右的误差。理论研究和实验结果表明,所提算法能够高效并且较为准确地解决动态场景下的ANN查询问题。