激光熔凝强化RuT300收尾凹坑缺陷抑制方法研究

目的 突破气门座激光熔凝收尾凹坑缺陷技术瓶颈。方法 建立激光熔凝强化RuT300的三维瞬态温度场仿真模型,模型中考虑激光吸收率、材料相变潜热及热物性参数的影响,并结合Niyama判据,分析激光熔凝强化RuT300收尾过程激光参数线性变化对收尾凹坑缺陷的影响规律。结果 在激光熔凝收尾过程中,对比未采用激光参数线性变化的收尾方式,采用激光功率线性下降（斜率为–400）的参数变化方式时, 的最大值由最初的0.0085增大至0.0097;当斜率由–100减小至–400时, 的最大值由最初的0.0087增大至0.0097;采用激光扫描速度线性上升（斜率为20）的参数变化方式时, 的最大值由最初的0.0087增大至0.0142;当斜率由5增加至20时, 的最大值由最初的0.0112增大至0.0142。伴随着激光功率线性下降或激光扫描速度线性上升,激光熔凝气门座收尾凹坑有缩减趋势,且伴随着激光功率线性下降过程斜率绝对值或激光扫描速度线性上升过程斜率的增大,收尾凹坑有进一步缩减趋势。实验分析与数值模拟结果基本吻合,说明了模型的有效性。结论 在激光熔凝收尾过程中,采用激光功率线性下降或者激光扫描速度线性上升方法可以抑制收尾的凹坑缺陷,提升气门座的可靠性。     

不同试样厚度对激光熔凝强化RuT300温度场影响规律的研究

建立了不同试样厚度条件下激光熔凝强化RuT300温度场的仿真模型,分析了试样厚度对温度分布、冷却速率和温度梯度的影响。结果表明:不同厚度的试样在距离上表面相同深度处的最高温度不同,伴随着试样厚度的增加,在试样同一深度处的最高温度减小,厚度参数对试样下部温度场的影响更大;不同厚度的试样在距离上表面相同深度处的冷却速率不同,伴随着试样厚度的增加,在试样同一深度处的冷却速率增大;试样温度梯度的分布自上至下是一个逐渐降低的过程;不同厚度的试样,在距离上表面相同位置处的温度梯度值不同,且试样厚度参数的变化对试样下部的温度梯度影响更大。     

RuT300气门座激光熔凝温度场数值模拟

建立了激光熔凝气门座的数学物理模型,模型中考虑了材料的热物性参数随温度的变化及材料的相变潜热。结果表明:随激光功率的增加,激光熔凝气门座熔池最高温度升高,且激光熔凝区的深度和宽度增加;随激光扫描速度的提高,激光熔凝气门座的最高温度下降,且熔凝区的深度和宽度减小;随激光光斑半径的增加,激光熔凝气门座的最高温度降低,激光熔凝区深度减小。激光熔凝气门座过程是新熔池形成和已形成的熔池凝固二者同步的过程,由于不同区域温度分布和冷却速度等差异,导致气门座表面熔池形态为彗星拖尾状;且彗星拖尾状随激光功率的增大而增加,彗星拖尾状随扫描速度和激光半径的增加而降低。随激光半径的增加,熔池彗星拖尾的尖形曲率减小。实验与数值模拟结果基本吻合,这说明了模型的有效性。     

预热温度对激光熔凝RuT300气门座残余应力场的影响研究

目的 为了突破激光熔凝蠕墨铸铁RuT300气门座裂纹抑制技术的瓶颈,研究了预热温度对激光熔凝RuT300气门座残余应力场的影响,从而为工程上抑制裂纹的参数优选提供支撑。方法 基于热弹塑性理论,建立了激光熔凝RuT300气门座残余应力场分析的数学物理模型,模型中考虑了预热温度、激光熔凝参数、材料性能参数的变化对残余应力的影响。结果 预热温度对激光熔凝RuT300气门座残余应力场的影响与熔池冷却速度、峰值温度等密切相关：当预热温度在25~150 ℃时,随着预热温度的升高,冷却速度下降对激光熔凝RuT300气门座热膨胀变形引起的应力降低起主要作用,导致气门座环向残余应力值随预热温度的升高而减小;当预热温度在150~250 ℃时,随着预热温度的升高,峰值温度上升诱发的热膨胀变形加剧所引起的应力增加起主要作用,导致气门座环向残余应力值随预热温度的升高而增大。结论 预热温度的变化影响气门座的冷却速度和峰值温度,而残余应力值的变化是气门座冷却速度和峰值温度等综合影响的结果,通过合理的调控预热温度,可以使激光熔凝RuT300气门座的残余应力值降低到最低,从而减小气门座激光熔凝形成裂纹的倾向。     

旋转磁场对激光熔凝钛合金熔池的影响研究

本文运用有限元方法对不同频率下电磁搅拌辅助装置中心处磁场强度以及熔池电磁力进行了模拟分析,并研究了旋转磁场对熔池电磁力和熔池温度分布及流场影响,结果表明当电流频率增大时,熔池中电磁力首先有缓慢减小趋势,同时功率损耗迅速增大,当频率继续增大时,电磁力逐渐增大,此时功率损耗基本趋于稳定;在激励电流变化的一个周期内,搅拌装置中磁场强度也发生周期性变化。在施加旋转磁场条件下,熔池整体温度有所降低,温度梯度减小,熔池内形成围绕熔池做周向流动的环流,流速分布均匀。     

旋转磁场对激光熔凝钛合金熔池的影响

运用有限元方法对不同频率下电磁搅拌辅助装置中心处磁场强度以及熔池电磁力进行了模拟分析,并研究了旋转磁场对熔池电磁力和熔池温度分布及流场影响。结果表明,当电流频率增大时,熔池中电磁力首先有缓慢减小趋势,同时功率损耗迅速增大,当频率继续增大时,电磁力逐渐增大,此时功率损耗基本趋于稳定;在激励电流变化的一个周期内,搅拌装置中磁场强度也发生周期性变化。在施加旋转磁场条件下,熔池整体温度有所降低,温度梯度减小,熔池内形成围绕熔池做周向流动的环流,流速分布均匀。     

激光熔凝镁合金熔池非对称分布数值模拟研究

建立了激光熔凝镁合金有限元模型,模型中考虑了镁合金热物性参数的非线性、相变潜热和熔化潜热,分析了激光熔凝镁合金温度和熔池形态的变化规律。结果表明:由于激光熔凝过程前面对后面的预热作用等,激光熔凝镁合金的等温线呈非对称性分布,且伴随激光熔凝过程的进行,熔池的纵截面形貌由月牙形变化到半泪滴形;由于镁合金试样长度、宽度方向总的传热热阻的差异,激光熔凝镁合金正面形貌为椭圆形;因为熔池前端和熔池后端接触试样的温度差异,熔池前段比熔池后端等温线密集;由于熔池边缘通过热扩散消耗的能量大等的影响,当激光的功率不能保证辐照区域都熔化的条件下,伴随激光光斑半径的增加,激光熔凝镁合金的正面熔池面积减小。     

电磁搅拌对激光熔凝TA15钛合金熔池凝固研究

为了研究电磁搅拌作用对激光熔凝熔池凝固过程的影响,采用有限体积法对施加磁场前后激光单道动态熔凝TA15钛合金过程进行三维磁-热耦合数值模拟。研究了磁场对激光熔池流场、熔凝单道及其周边基材温度分布、固液界面处温度梯度和凝固速度的影响,并采用试验手段对模拟结果进行了验证。模拟结果表明:电磁搅拌作用使激光熔池最大流速增加了约20%,对流加剧促进了熔池热交换作用,使其最高温度下降,固液分界面处温度梯度大幅降低,凝固速度小幅增大,从而有利于熔池顶部组织发生柱状晶-等轴晶转变(CET)。试验结果显示施加磁场后熔凝层顶部有等轴晶组织生成,且随着远离磁场中心,电磁力增大,等轴晶区有扩大趋势。试验结果和模拟结果一致性较好。     

脉冲激光离散熔凝加工的熔池几何形态研究

研究了Ｎｄ：ＹＡＧ脉冲激光离散加工时功率密度和作用时间对熔和何形态的影响。５ＣｒＭｎＭｏ钢的实验结果表明：在一定加工条件下,熔池存在热传导热和溶熔型两种形态。     

脉冲激光离散熔凝加工的熔池几何形态研究

研究了Ｎｄ∶ＹＡＧ脉冲激光离散加工时功率密度和作用时间对熔池几何形态的影响。５ＣｒＭｎＭｏ钢的实验结果表明：在一定加工条件下,熔池存在热传导型和深熔型两种形态。激光作用时间小于４ｍｓ时,随着激光功率密度的增加,熔池深宽比显著增加;作用时间超过４ｍｓ后,功率密度对深宽比的影响减弱。基于线性热传导模型的计算结果表明：熔凝起始阶段固态加热过程可忽略;熔池几何尺寸在激光脉冲结束后某个时刻达到最大值;当平均功率密度大于５×１０５Ｗ／ｃｍ２,同时激光作用时间大于２ｍｓ时,热传导型激光熔池向深熔型激光熔池转变     

扫描间距对激光熔凝强化组织性能的影响

介绍了利用CO2横流激光器,对KA认系列转子轴颈的激光熔凝强化应用研究.用扫描电镜分析了硬化层度过渡层的组织形貌,用显微硬度计进行横截面的硬度测量,用摩擦磨损试验机对不同扫描间距试样进行了耐磨性测试,结果表明:在相同工艺参教下,扫描间距为12 mm的试样相对耐磨性最高.     

特级生铁对RuT300蠕化工艺的影响

探讨了特级生铁作为原料在12 kg中频感应电炉中生产蠕墨铸铁的熔炼工艺。采用FeSiMg5RE5蠕化剂,硅钡合金孕育剂,以及凹坑法蠕化处理工艺,研究了蠕化剂加入量对蠕化率的影响。实验得出最佳实验工艺:出铁温度(1 560±10)℃,蠕化剂加入量0.45%,蠕化孕育时间(30±2)s,蠕化率高达95%,抗拉强度≥330 MPa,伸长率≥3.0%。     

H13模具钢激光表面熔凝强化工艺研究

使用Rofin FL010光纤固体激光器对H13模具钢进行表面熔凝强化处理,通过对不同工艺参数下的表面熔凝强化层硬度和耐磨性的比较,得到一组较优的工艺参数。试验结果表明,经激光表面熔凝强化的H13模具钢,其表面硬度和耐磨性大大提高。在本试验条件下,激光功率1000 W,扫描速度15 mm/s时,可以获得较好的硬度值和耐磨性。表面熔凝强化层硬度和耐磨性提高的原因在于生成了晶粒细小的马氏体组织。     

搭接参数对激光熔凝处理层显微组织和性能的影响

应用 3kW连续CO2 激光器对轧辊钢进行激光熔凝搭接处理 ,分析了搭接区的显微组织和硬度。结果表明 ,搭接区的组织分布特征和光斑中心基本一样 ,包括搭接熔凝区、搭接相变区和搭接热影响区 ,搭接区的显微硬度分布和光斑中心也相同 ,且当搭接参数合适时 ,可得到较均匀的表面硬化层。     

活性剂对低功率激光-双面TIG复合焊熔池影响规律研究

搭建了1Cr18Ni9Ti不锈钢低功率激光-双面TIG复合焊接系统,并选择TiO2、Cr2O3、B2O3、SiO2和CaF2五种活性剂分别进行低功率激光-双面TIG复合活性焊接试验,分析活性剂种类对低功率激光-双面TIG复合焊接熔池的影响规律。结果发现:添加了活性剂的焊缝熔池形貌均有所改变;活性剂对其深宽比的影响顺序由大到小为:SiO2B2O3Cr2O3TiO2CaF2。     

激光参数对蠕墨铸铁熔凝组织演变及高温力学性能的影响

采用额定功率为3 kW的Nd:YAG激光器开展不同激光参数的激光熔凝蠕墨铸铁试验,通过扫描电镜、光学显微镜、硬度仪和高温加热炉表征了激光熔凝宏观形貌、微观特性变化、硬度分布和高温回火性能。结果表明:由于激光熔凝蠕墨铸铁中匙孔效应及不同激光参数差异等影响,熔凝区宏观形貌呈现勺形、帽形、碗形和盆形;伴随激光功率的增加和扫描速度的降低,且激光功率密度达到形成匙孔能量密度阈值时,熔凝区域的深宽比增加;伴随激光扫描速度和侧吹保护气流量的增加,熔凝区网状莱氏体分布区域减少;随着激光功率的增加,熔凝中心区域莱氏体由层片状转变为网状;对激光熔凝蠕墨铸铁进行500℃回火工艺处理,熔凝区硬度增加,基体与热影响区硬度降低。     

激光熔凝强化45钢的组织与性能

对45钢进行激光熔凝加工,研究了激光处理后的组织结构及显微硬度,并探讨了它的影响因素。结果表明:激光熔凝组织由表层熔凝区、完全淬火区、不完全淬火区和热影响区组成;完全淬火区的显微硬度最高。除表面熔凝区薄层外,随距表面深度的增加,该组织的显微硬度逐渐减小。     

激光熔凝过程中低碳钢组织的形成及熔凝组织加热转变规律

基于激光熔凝处理的一维热场模型和金相分析，研究了低碳钢在激光熔凝过程中的组织形成规律。使用Gleeble1500型热力模拟机实现对激光熔凝处理试样不同保温时间的控温加热，研究了激光熔凝组织的加热转变规律。利用激光熔凝加后续热处理的方法在材料表面获得了细小等轴组织。     

热处理工艺对RuT300蠕墨铸铁力学性能与导热性能的影响

对Ru T300蠕墨铸铁合金进行了900℃、950℃、1000℃正火处理,并对1000℃加热处理的试样进行不同冷却处理(炉冷,空冷,风冷和喷水雾冷)。与铸态合金相比,热处理后的Ru T300蠕墨铸铁合金中珠光体含量随奥氏体化加热温度提高而增高。并且随着奥氏体化后冷却速度的增大,珠光体含量逐渐增高,最高可达77.6%,较铸态组织增加了50%,珠光体层片间距逐渐减小,最小间距约为0.2μm,较铸态珠光体减小了0.4μm,抗拉强度和布氏硬度分别提高了25%和73%,但导热性能下降20%~30%。热处理后蠕虫状石墨数量和尺寸有所减小(1000℃),石墨与基体结合部位会出现开裂、脱粘现象,导致传热受阻,导热率下降。     

工艺参数对振动铸轧熔池的影响

为了探究双辊薄带振动铸轧技术中,艺参数对振动铸轧熔池流场和温度场的影响,采用有限元软件构建了双辊薄带振动铸轧熔池仿真模型。基于该模型,研究铜带厚度、铝板出口厚度和铸轧速度对熔池流场和温度场的影响,并通过轧辊急停获得双辊薄带振动铸轧熔池切片,验证了该模型的准确性。结果表明：铜带厚度、铝板出口厚度和铸轧速度对熔池流场的影响与轧辊振动相位有关,工艺参数与轧辊振动共同改变熔池流场。工艺参数变化对熔池上部温度场影响较小,对熔池下部尤其是熔池底部温度场影响较大。