激光作用下材料的相变机理与实验研究

发布时间：2017-05-16 03:08

  本文关键词：激光作用下材料的相变机理与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光钎焊CBN砂轮是利用激光加热实现砂轮基体和CBN磨粒的连接,与其他类型砂轮相比钎焊砂轮的CBN磨粒、合金钎料、基体之间是通过化学冶金结合的,而不是简单的将磨粒机械包裹,因此钎焊砂轮磨粒结合强度高、精度保持较好。但是砂轮焊后变形较大、薄片砂轮形状精度难以控制,而在激光钎焊过程中的组织演变产生的组织应力是影响加工后砂轮变形的一个重要因素,同时组织的改变会影响砂轮的热力学性能,因此对激光钎焊过程中基体、钎料的组织演变进行研究十分必要。为了预测和控制钎焊后砂轮基体的变形,需要研究相关的相变情况及规律。本文利用SYSWELD系列软件,分析了在激光作用下不同工艺参数对相变过程的影响,能够为材料经激光作用后得到理想的性能提供技术工艺基础。本文在现有的研究条件下,主要进行了如下工作:1.通过对SYSWELD软件初步的二次开发,结合实际所用材料的各项性能建立了Q345、45#钢的材料库,对激光加工中经常使用的热源模型函数、传热控制方程、边界条件函数等进行了推导分析,选择了二维高斯热源作为模拟输入热源,限定了模拟时平板试样的边界条件,为后续的有限元仿真分析提供了理论基础。2.利用SYSWELD系列软件对激光作用下平板试样的组织演变进行了仿真模拟,分析了不同激光功率、扫描速度下平板试样在激光扫描路径上的温度分布特性和各相体积率变化情况,以及沿平板厚度方向和表面垂直于扫描方向上不同位置各相的变化规律。3.利用YAG激光机对平板试样进行实验,分析了激光作用后平板试样硬化层宽度、深度和激光扫描速度、激光功率之间的关系,对激光作用后平板试样截面的宏观形貌和显微组织进行了分析。利用CFT-I型材料表面性能综合测试仪对平板试样进行了磨损实验,分析了激光作用后平板试样的抗耐磨性,测试了在不同激光功率和激光扫描速度下平板试样的磨损量,分析了激光工艺参数与磨损量变化之间的规律。
【关键词】：激光加工 组织演变 硬化层形貌 显微组织 磨损量
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG743;TG456.7
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景和意义10-11
• 1.2 激光加工技术概述11-13
• 1.2.1 常见的激光加工技术12-13
• 1.3 激光加工数值模拟研究现状13-16
• 1.3.1 数值模拟软件13-14
• 1.3.2 数值模拟在激光加工中的应用14-16
• 1.4 激光加工组织演变的研究现状16-18
• 1.5 课题来源及主要研究内容18-20
• 1.5.1 课题来源18
• 1.5.2 课题主要内容18-20
• 第二章 激光加工相变理论及热源函数与边界条件20-34
• 2.1 激光加工相变理论20-24
• 2.1.1 激光相变硬化机理20-21
• 2.1.2 激光加工过程中钢组织的转变21-22
• 2.1.3 激光加工相变的数学模型22-24
• 2.2 激光加工的热源模型24-31
• 2.2.1 集中热源模型24-25
• 2.2.2 二维热源模型25-27
• 2.2.3 体积分布热源模型27-31
• 2.2.4 组合热源模型31
• 2.3 激光加工的边界条件31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 激光作用下平板相变的数值模拟34-52
• 3.1 SYSWELD模拟方案34-35
• 3.2 材料库的扩展35-37
• 3.3 激光作用下Q345钢的数值模拟37-42
• 3.3.1 数学模型建立37-38
• 3.3.2 热源参数及求解38-40
• 3.3.3 仿真结果分析40-42
• 3.4 不同工艺参数下相变模拟仿真分析42-45
• 3.4.1 扫描速度对各相成分的影响42-43
• 3.4.2 功率对各相成分的影响43-45
• 3.5 不同位置下相变模拟仿真分析45-49
• 3.5.1 沿平板厚度方向各相成分变化46-47
• 3.5.2 沿表层垂直于扫描方向各相成分变化47-49
• 3.6 不同材料的相变模拟仿真分析49-50
• 3.7 本章小结50-52
• 第四章 激光作用下平板相变的实验研究52-66
• 4.1 实验条件52-55
• 4.1.1 实验仪器设备52-53
• 4.1.2 脉冲激光器能量标定53
• 4.1.3 实验程序编制53-55
• 4.1.4 试样的制备55
• 4.2 实验过程55-56
• 4.2.1 实验工艺参数55
• 4.2.2 实验过程55-56
• 4.3 实验结果及分析56-65
• 4.3.1 表面形貌分析56-59
• 4.3.2 显微组织分析59-64
• 4.3.3 磨损实验与分析64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-76
• 攻读学位期间发表的学术论文目录76

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