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     

激光冲击处理不锈钢及镍基合金后表面力学性能的研究

利用激光冲击强化技术分别对奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti和镍基高温合金 GH30进行了表面强化处理 ,观察了激光表面强化处理后 1Cr18Ni9Ti和 GH30显微组织与结构的变化 ,测定了1Cr18Ni9Ti和 GH30的显微硬度和残余应力 .结果表明 ,激光表面强化处理后的 1Cr18Ni9Ti和GH30冲击区微观结构中出现很高的位错密度和大量的孪晶 ,冲击区的显微硬度得到较大提高 ,冲击区表面获得了较高的残余压应力 . 1Cr18Ni9Ti冲击区还发生了形变诱发马氏体相变 .     

激光冲击参数对残余应力场影响的三维数值模拟

数值模拟是预测激光冲击残余应力场、研究激光冲击参数对残余应力场影响的一种有效方法。采用显式动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对激光冲击处理(LSP)40Cr钢残余应力场进行三维数值模拟;建立了激光冲击处理40Cr钢残余应力场有限元分析(FEA)模型,实现了激光冲击处理40Cr钢残余应力场的数值模拟;模拟研究了激光功率密度、激光脉冲持续时间、激光光斑尺寸对40Cr钢残余应力场的影响。数值模拟结果表明,残余应力模拟值与实测值之间有着较好的一致性;在激光脉冲持续时间一定的条件下,要想获得最大的表面残余压应力,存在一个最佳的激光功率密度;在激光功率密度一定并且脉宽大于45ns的情况下,表面残余压应力随激光脉冲持续时间的增加而减小;在激光功率密度、激光脉冲持续时间一定的条件下,表面残余压应力随光斑直径增大而增大。     

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。     

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)     

40CrNiMoA齿轮激光表面强化及抗疲劳性分析

对40CrNiMo齿轮进行了激光表面强化处理,用SEM和TEM对处理试样显微组织进行了分析,测试并分析了其显微硬度,并进行了抗疲劳性现场试验,结果表明:40CrNiMo激光淬火后其组织由淬硬层、过渡区和基体组成,淬硬层组织为细小的板条马氏体和针状马氏体,层深约1.5mm,过渡区为马氏体和索氏体混合组织,基体为回火索氏体。淬硬层表面硬度比常规淬火硬度有所提高。40CrNiMo激光淬火齿轮比20Cr2Ni4渗碳淬火齿轮疲劳强度提高约10%。     

Cr12激光表面熔凝处理的组织和性能研究

采用CO2 连续波工业激光器在Cr1 2钢表面进行了激光处理试验 ,利用光学显微镜、电子显微镜观察了激光熔凝处理后Cr1 2钢的组织 ,并比较了激光处理前后的耐磨性。结果表明 ,激光熔凝后获得超细化的枝晶组织 ,其组织为树枝状初晶A′和树枝间层片状共晶 (A′ +(Cr、Fe) 7C3 )。组织细化 ,奥氏体应力应变诱发马氏体转变 ,磨损中大量位错团的产生是激光处理后Cr1 2钢耐磨性提高的原因。     

激光对2Cr13冲击韧性影响研究

为了研究激光冲击强化对马氏体不锈钢2Cr13冲击韧性的影响,选用不同激光工艺参数对2Cr13马氏体不锈钢进行激光冲击强化,测定了激光冲击前后的冲击韧性,残余应力,观察了冲击试样的显微组织以及冲击断口。研究结果表明:选择合适的激光功率密度能有效改善材料的冲击韧性,过大的激光功率密度反而降低材料的冲击韧性性能;激光冲击后在表层产生了较高的残余压应力;激光冲击区的材料组织发生碎裂;从冲击断口观察发生了沿晶断裂,激光冲击增加了韧窝的产生,冲击韧性得到了提高。     

激光冲击处理1Cr11Ni2W2MoV不锈钢

对1Cr11Ni2W2MoV马氏体不锈钢进行了激光冲击处理(LSP)的基础性研究。激光器最大输出能量为50J,激光功率密度3.7～7.5GW/cm2。吸收层和约束层分别选取Al箔和均匀流水层,激光束采用倾斜入射方式,实验对单光斑试样、搭接光斑试样、疲劳试样分别进行冲击。通过表面形貌、显微硬度和残余应力等检测,验证了激光功率密度对冲击区性能的影响。三组疲劳试件进行对比表明,先冲击后打孔试件的疲劳性能最好,其表面高幅值的残余压应力层能很好地抑制疲劳裂纹的萌生和延长裂纹扩展的速率。实验证明激光冲击处理可以有效提高马氏体不锈钢的疲劳性能。     

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.     

激光淬火+冲击复合强化处理QT800-2的实验研究

对经激光淬火强化处理后的球墨铸铁QT800-2的强化区域再进行激光冲击强化处理进行了研究。结果表明,复合强化处理后的球墨铸铁QT800-2与经激光淬火强化处理区域相比,各项机械性能都得到了较大提高,其中硬度提高了18％,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。     

激光淬火工艺参数对40Cr钢淬硬层深的影响

用5kWCWCO2激光器对40Cr钢进行了激光淬火试验,探讨激光工艺参数对淬硬层深的影响。结果表明,激光功率增大、扫描速度降低、激光束重叠尺寸增大,则淬硬层深增大,且扫描速度比激光功率的影响更大。40Cr钢在功率1000～1200W,扫描速度15～30mm/s,激光束重叠尺寸1.0～1.5mm的工艺条件下淬火,可获得不小于0.35mm的平均淬硬层深。     

金属板料激光预应力复合的喷丸成形

在对激光热应力成形(LTF)和激光喷丸成形(LPF)的技术优势进行分析的基础上,提出了一种板料激光预应力复合喷丸成形技术,其将连续激光的热堆积作用和脉冲激光的冲击波作用相结合,是一种热效应和力效应复合的成形方法。板料激光预应力复合喷丸成形技术首先使用CO2激光器对2 mm厚的SUS304不锈钢板料按特定的轨迹扫描以施加预应力,实现板料基本形状成形,然后通过ATOS-Ⅱ光学扫描测量系统测量成形后板料表面的轮廓点云图,利用逆向软件Imageware建立成形板料的虚拟模型。利用有限元软件ABAQUS与逆向软件Imageware的接口,将虚拟模型转换为有限元分析模型,通过调整激光工艺参数和控制激光喷丸轨迹,模拟得到最优的残余应力场分布。然后使用数值模拟优化的激光工艺参数和喷丸轨迹进行板料激光喷丸成形实验。结果表明,经激光复合成形的板料获得预期的形状,且正反两面都呈残余压应力场分布。     

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。     

基于激光冲击波三维无损打标的数值模拟

为了研究激光冲击波打标后标记区域的残余应力分布与材料变形情况,基于ANSYS/LS-DYNA建立了激光冲击波打标的三维有限元模型,通过激光诱导的冲击波加载,进行了打标的数值模拟.模拟结果表明,激光冲击波作用后的标记区域网格形成了与载荷直径相仿的凹坑,其残余应力均表现为压应力,并随着形变量的逐渐增加,在标记中心残余压应力达到最大值;材料厚度方向的残余压应力随着材料厚度的增加而不断减小,在1mm～1.4mm深度范围内载荷的作用效果不明显.这一结果可用于指导激光冲击波三维无损打标残余应力场的理论分析及其实验研究.     

激光喷丸成形中的残余应力

通过对激光喷丸成形(LPF)中残余应力场分布的研究,找出单点喷丸残余应力分布形式,以及单点多次、多点不同路径喷丸中后续冲击对前次冲击残余应力分布的影响规律。对准确控制残余应力分布,获得激光喷丸后所需的板料形状具有指导意义。利用钕玻璃高功率脉冲激光对厚度为1.2 mm的LY12CZ硬铝合金进行了单点激光喷丸,用X衍射应力测定仪考察了单点冲击后材料表面及深度方向的残余应力,用厚度为2 mm 的6061-T6铝合金板料进行三列窄条激光喷丸变形实验。以ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件为平台,建立了具有一定精度的激光喷丸过程中冲击波压力的加载模型,对板料的变形过程进行了数值模拟, 分别考察了不同激光能量,板料尺寸,冲击路径等工艺参数对残余应力场分布的影响。实验结合数值模拟探索激光喷丸的主要参数和残余应力场之间的相互关系。     

激光冲击对球墨铸铁表面性能的影响

应用人工神经网络理论,合理选择激光冲击参数,对球墨铸铁QT450-10进行了激光冲击试验,并用扫描电镜和数显硬度仪等进行了分析。结果表明激光冲击使球墨铸铁的表面性能得到明显改善,冲击区表面的平均硬度随冲击次数(1～4)的增加分别增加了34.56％～53.02％,硬化层深约为0.31mm～l47mm。     

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。     

激光复合溶胶凝胶法制备TiC强化涂层的工艺研究

采用Nd…YAG激光对预置有溶胶凝胶法制备的TiO2/C混合粉末的45#钢表面进行激光强化实验,制备TiC增强强化涂层。研究了激光工艺参数以及TiO2/C的成分配比对强化层生成物相的影响,探寻生成TiC的最佳工艺组合和粉末材料的成分配比。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)测试方法对激光强化样品进行物相、显微组织以及元素分析。结果表明,能生成TiC的最佳工艺组合为激光电流250A,脉冲频率18Hz,脉冲宽度2.5ms,扫描速度为50mm/min,TiO2与C的物质的量比为1…5。在上述工艺条件下,可在45#钢表面原位合成TiC增强相,并获得TiC颗粒均匀分布的强化涂层。     

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。