激光—电磁场复合强化提升45钢硬度和耐磨性能的研究

发布时间：2019-07-13 21:23

【摘要】：45钢是现代制造中广泛应用的一种优质结构钢,价格低廉,经适当的热处理后,综合性能优良。但随着机械朝着高速化、智能化方向发展,机械对材料性能提出更高的要求,传统的热处理强化手段已不能满足现代机械对零件的苛刻要求。为了得到硬度高、耐磨性好的表面强化层并保持45钢优异的力学性能,常对45钢进行表面强化处理。本文采用数值模拟与试验论证相结合的方法对45钢激光表面强化工艺进行优化,并对其性能提升的内在机理进行研究,然后对其表面强化试样实施磁能强化试验,以消除激光表面强化工艺存在的不足。本文采用有限元软件ANSYS对激光束扫描试样的温度场开展模拟计算,研究其温度分布规律,揭示强化层性能获得提升的内在机理。采用单因素分析方法,探讨激光功率和扫描速率对表面强化层组织性能的作用规律。结果表明:激光工艺参数对硬化层显微组织和性能有较大的影响,相变硬化层的深度和宽度伴随激光功率的增加而增大,伴随扫描速度的增加而减小;硬化层的截面硬度随着激光功率和扫描速度的增加呈现先增加后减小的变化规律。探讨不同激光束扫描工艺参数对45钢表面硬度和耐磨性的影响,通过采用硬度计对试样表面进行硬度测量,使用电子分析天平称量试样重量并计算摩擦失重,采用带能谱仪的扫描电镜拍摄磨损后的表面形貌特征。结果表明:强化层的表面硬度随激光功率和扫描速率的增大均呈现先增大后减小的变化趋势,激光表面强化后试样的耐磨性得到明显改善,摩擦失重大幅度地降低,磨损表面形貌变得平坦。利用自制的磁能强化装置对经过激光表面强化后的45钢实施磁化试验。研究了不同的磁化频率、磁化时间对45钢硬度和耐磨性的影响规律。试验结果表明:在合适的磁化工艺参数条件下,45钢的表面硬度均得到不同程度的提高,摩擦系数有所下降。旋转磁场能降低马氏体激活能,促使部分残余奥氏体转换为马氏体,材料的显微组织变得致密,耐磨性得到提高。针对激光表面强化工艺中易产生显微裂纹的缺点,采用有限元软件ANSYS对激光束扫描试样的应力场开展模拟计算,研究其应力分布规律,揭示裂纹产生的内在机理。采用旋转磁场辅助激光表面强化工艺对45钢实施表面复合强化处理,探究旋转磁场对强化层组织结构及耐磨性的影响。结果表明:沿扫描方向的热应力是试样硬化层产生显微裂纹的主因,扫描过程中施加旋转磁场后,显微裂纹明显减少,组织得到细化,试样的显微硬度和耐磨性均得到明显提升。
文内图片：加热和冷却时对铁碳合金临界转变温度的影响

图片说明：使其产品达到甚至超过原来新产品相同的质量和性，落实“节约型社会”、“循环经济”的战略决策及对的效应和积极意义，应用前景十分广阔。化国内外的研究现状面强化的作用机理是使用激光束产生的高能量扫描材料表面，使被照射相变点 AC3或 AC1(如图 1.1 所示)点以上某一温度并的含碳量为 0.45%介于 0.0218%-0.77%之间)，使其奥由于热传导的作用，处于冷态的基体和周围的大气使快冷到 Ms以下)而发生自淬火(如图 1.2 所示)，奥氏织的热处理工艺[1-3]。
文内图片：

图片说明：图 1.2 奥氏体在连续冷却中的转变面强化数值分析国内外的研究近况内外众多研究人员对激光表面强化的温度场、应力场为系统的研究，随着数值模拟技术的发展，解析模型到现在更加接近实际工况的三维,基础理论研究的发了较大的提高。料进行激光表面强化数值模拟的有限元软件主要有 AAQUS 等，数值模拟大部分集中在激光表面强化温度分布规律研究材料组织性能的变化。另外，也有少部化趋势。先后利用有限元软件ProCAST和ANSYS对球墨铸铁研究，，并对其硬化层的宽度和深度进行了模拟计算，模型的准确性。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG668;TG142.1

【参考文献】