不同成分母体材料对激光仿生熔凝处理的响应及性能研究

发布时间：2020-05-23 03:37

【摘要】：随着激光技术的发展,钢铁材料表面的激光熔凝处理强化技术得到了广泛应用,在实际生产过程中用到的钢铁材料多种多样,性质和用途各不相同,孤立的研究某一种或几种钢铁材料,对大规模工业生产指导意义不大,且费时费力,且人们对钢铁材料成分对激光熔凝处理后材料表面单元体特征参数、组织、硬度、性能的影响的研究,鲜有报道,缺乏理论参考。本论文按主要成分将工业生产中用到的钢铁材料大体分为碳钢和合金钢,采用Nd:YAG脉冲激光器,加工碳含量及合金元素含量不同的钢,对比分析了不同母体在激光熔凝处理之后所获得的单元体特征参数、组织、硬度及性能的变化规律,为激光熔凝表面处理在钢铁材料中的实际应用提供可靠的理论参考。研究结果表明:单元体特征参数(深度、宽度、面积)受到激光能量密度和母体材料成分共同影响,对于相同材料来说,随激光能量密度的增加而增大,单元体的面积随之增大;当能量密度一定时,单元体面积随着碳含量增加先增大后减小,随着合金元素含量的增加而增大。单元体面积一定时,所需能量密度随着含碳量增加,先减小后增大,随着合金元素含量增加而减小。在相同能量密度下,随着含碳量增加,单元体内马氏体含碳量增加,板条马氏体含量减少,片状马氏体含量增加,使得仿生试样单元体硬度差增大,平均硬度增大;随着合金元素含量增加,表面温升增大,碳原子扩散增加,组织均匀且晶粒先增加后减小,使得仿生试样单元体硬度差减小,单元体晶粒先减小后增大,平均硬度先增大后减小。仿生试样拉伸性能受母材成分的影响,与未处理试样相比,C1-C4试样抗拉强度都有所增加,且随着含碳量增加,仿生试样抗拉强度先增大后减小,塑性一直下降;A1、A2试样屈服强度、抗拉强度都有所提升,A3、A4、A5试样,抗拉强度都有所下降,塑性明显降低。随着合金元素含量增加,仿生试样抗拉强度一直在增大,塑性在急剧降低。加工有相同体积分数单元体的仿生试样与未处理试样相比,耐磨性都有所提升,硬度提升越大,耐磨性提升越大。仿生试样,随着含碳量的增加,耐磨性也随之增强;随着合金元素含量增加,耐磨性先减小后增大。
【图文】：

穿山甲,贝壳,鳞片

图 1.1 a)贝壳，b）穿山甲鳞片Figure 1.1 a) Shells, b) Pangolin Scales2 激光熔凝技术在仿生耦合理论中的应用激光加工技术与原子能、半导体及计算机技术被誉为二十世纪的四大发明[60,61]。经十年的研究，激光加工技术的已在各个领域得到了应用，我国对激光加工技术的也取得了巨大的成就，，取得了上千项科研成果，很多技术已经应用到工业生产中统产业的升级、产品质量的提升做出了巨大贡献[62]。随着激光加工材料表面技术的发展，新型激光器的输出功率、稳定性和可靠性的提高及光纤技术的应用，我入了“光加工时代”[3]。激光熔凝处理技术以其非接触加工、加工灵活性大、微工和热影响区小等优点被国内外许多学者研究，并取得了突破性进展[63]。如：co 等人研究了激光熔凝技术对工具钢磨损性能的影响[64]。姜幼卿课题组提出了激

实验研究,思路

4 0.37 1.03 0.28 5.21 1.33 1.33 0.39 Bal ≤0.01 9.575 0.34 0.56 0.61 9.23 2.31 1.12 0.56 Bal ≤0.01 14.39.2 实验方案设计本实验以常用于以市贩常用的低、中碳钢和截取于零部件、热作模具上的合金钢母体材料制备试样，从贝壳和穿山甲鳞片受到启发，在试样加工直条型模型分布的元体。利用扫描电镜、X 射线衍射仪、显微硬度计、拉伸性能试验机、往复式滑动损性能试验机等测试手段，对激光熔凝处理制备的仿生单元体试样和未经处理试样行对比观察和测试。通过测试、计算和分析，研究：不同成分母材的仿生单元体特参数、内部的微观组织等特征；仿生单元体横截面的显微硬度、试样的拉伸性能；样的磨损性能对激光仿生熔凝处理的响应。实验研究思路，如图 2.1 所示。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

【参考文献】