蠕墨铸铁激光表面改性热力耦合仿真及实验研究
发布时间：2021-03-10 11:42
在新型动力高强化、高紧凑的发展趋势下,与气缸盖整体成型气门座采用的RuT300蠕墨铸铁材料无法满足其使用工况下的可靠性需求,需采用激光表面改性工艺处理材料表面。通过建立有限元仿真数学物理模型,分析激光参数、激光光束变换、激光光束离散等对蠕墨铸铁激光表面改性热力耦合仿真的影响规律;通过开展蠕墨铸铁激光表面改性实验研究,分析材料改性后的微观特性和显微硬度,以及激光参数对材料组织演变和改性缺陷的影响规律,为蠕墨铸铁激光表面改性工艺在新型动力上的应用提供支撑,研究内容如下:（1）针对蠕墨铸铁激光相变硬化工艺进行仿真研究。激光能够实现材料表面的快速加热和冷却,硬化层形貌呈月牙形;激光加载区域的瞬态应力为压应力,残余应力为拉应力,气门座的环向残余拉应力最大,易产生径向裂纹。激光多道搭接扫描会出现回火软化区,当搭接率为40%时,峰值温度最低、峰值残余应力最大。圆环激光束能够实现气门座锥面区域的一次性精确硬化,离散激光束能够实现材料表面的强韧结合,激光束能量离散能够实现离散硬化层深度的均匀性控制。（2）针对蠕墨铸铁激光熔凝工艺进行仿真研究。随着激光扫描速度的增加,气门座峰值温度下降、熔凝层深度及宽度减...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气门座温度场仿真物理模型
中国民航大学硕士学位论文19(a)t=0.09s(b)t=2.7s(c)t=5.4s(d)t=8.1s(e)t=10.8s图3-3气门座温度场分布随时间的变化沿激光扫描方向取t=2.7s、5.4s和8.1s三个不同时刻的峰值温度点，各点热循环曲线如图3-4所示。通过计算得出，气门座激光相变硬化的最大加热速率达7318℃/s、最大冷却速率达4039℃/s，这说明激光相变硬化是一个快速加热和冷却的过程，工件表面在极短时间内的温度变化剧烈，当激光辐照材料表面时，高激光功率密度通过热传导使其表面温度急速升高，激光离开后，由于材料自冷作用和表面换热的影响使温度迅速降低。图3-4各时刻峰值温度点的热循环曲线t=10.8s时刻，在激光光斑中心位置截取模型，得到气门座截面的温度尝温度等值线和硬化层（红色区域）分布，如图3-5所示。可以看出，截面温度和硬化层分布为典
中国民航大学硕士学位论文19(a)t=0.09s(b)t=2.7s(c)t=5.4s(d)t=8.1s(e)t=10.8s图3-3气门座温度场分布随时间的变化沿激光扫描方向取t=2.7s、5.4s和8.1s三个不同时刻的峰值温度点，各点热循环曲线如图3-4所示。通过计算得出，气门座激光相变硬化的最大加热速率达7318℃/s、最大冷却速率达4039℃/s，这说明激光相变硬化是一个快速加热和冷却的过程，工件表面在极短时间内的温度变化剧烈，当激光辐照材料表面时，高激光功率密度通过热传导使其表面温度急速升高，激光离开后，由于材料自冷作用和表面换热的影响使温度迅速降低。图3-4各时刻峰值温度点的热循环曲线t=10.8s时刻，在激光光斑中心位置截取模型，得到气门座截面的温度尝温度等值线和硬化层（红色区域）分布，如图3-5所示。可以看出，截面温度和硬化层分布为典
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光淬火对回转轴残余应力影响的研究[J]. 杨秋梅,周亚军,毛大恒,陈晋琳. 热加工工艺. 2020(04)
[2]表面工程技术的应用及其研究现状[J]. 秦真波,吴忠,胡文彬. 中国有色金属学报. 2019(09)
[3]40CrNiMoA钢表面激光淬火后的组织和性能[J]. 杨振,樊湘芳,邱长军,李勇,柳宁. 激光与光电子学进展. 2020(01)
[4]40Cr钢激光表面淬火显微组织分析[J]. 韩彩霞,陈安民. 热加工工艺. 2019(14)
[5]27SiMn钢表面激光淬火数值模拟及实验验证[J]. 郭卫,张汉杰,柴蓉霞. 应用激光. 2019(03)
[6]HT250激光表面硬化的组织及性能研究[J]. 贾金凤,龚俊,宁会峰,阎相忠. 热加工工艺. 2019(10)
[7]主战坦克用柴油机应用前景展望及技术发展趋势研究[J]. 伍赛特. 内燃机. 2019(02)
[8]感应淬火技术的发展及其应用[J]. 陈讲彪,陈刚,于文坛,茆勇,陈灵通,童乐. 安徽冶金. 2018(03)
[9]电子束熔覆表面改性技术的研究进展[J]. 王波,刘海浪,祁正伟,张国培,王小宇. 热加工工艺. 2018(14)
[10]回火温度对9Cr-3W-3Co马氏体钢组织和硬度的影响[J]. 杨丽霞,马龙腾,陈正宗,李小佳. 金属热处理. 2018(06)
博士论文
[1]高速大功率柴油机曲轴动态特性及轴承润滑性能仿真分析研究[D]. 周玮.北京理工大学 2016
[2]高铬铸钢轧辊激光熔凝改性研究[D]. 李美艳.中国石油大学 2010
[3]合金钢轧辊激光快速熔凝组织及性能研究[D]. 李同道.中国石油大学 2007
硕士论文
[1]激光重熔调质40Cr钢疲劳裂纹扩展行为及磨损性能[D]. 张海潮.吉林大学 2019
[2]柴油机气门座圈压装试验研究及CAE分析[D]. 李源.重庆大学 2016
[3]H13激光表面淬火数值模拟分析与实验研究[D]. 王明周.中国海洋大学 2015
[4]选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究[D]. 李雅莉.南京航空航天大学 2015
[5]Ta/Mo异种金属激光焊工艺研究及数值模拟[D]. 金亮.华南理工大学 2013
[6]泵筒内壁激光相变硬化数值模拟及催渗机理研究[D]. 张哲.中国石油大学（华东） 2013
[7]TC4钛合金的激光熔凝处理及其在扩散焊接中的应用研究[D]. 原晓明.南京航空航天大学 2013
[8]SUS430铁素体不锈钢激光焊接热应力场数值模拟研究[D]. 蒋秀晔.天津大学 2012
[9]大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用[D]. 李婧.上海交通大学 2011
[10]铝合金双光束激光填丝焊温度场与应力场数值模拟[D]. 刁旺战.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3074598
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
气门座温度场仿真物理模型
中国民航大学硕士学位论文19(a)t=0.09s(b)t=2.7s(c)t=5.4s(d)t=8.1s(e)t=10.8s图3-3气门座温度场分布随时间的变化沿激光扫描方向取t=2.7s、5.4s和8.1s三个不同时刻的峰值温度点，各点热循环曲线如图3-4所示。通过计算得出，气门座激光相变硬化的最大加热速率达7318℃/s、最大冷却速率达4039℃/s，这说明激光相变硬化是一个快速加热和冷却的过程，工件表面在极短时间内的温度变化剧烈，当激光辐照材料表面时，高激光功率密度通过热传导使其表面温度急速升高，激光离开后，由于材料自冷作用和表面换热的影响使温度迅速降低。图3-4各时刻峰值温度点的热循环曲线t=10.8s时刻，在激光光斑中心位置截取模型，得到气门座截面的温度尝温度等值线和硬化层（红色区域）分布，如图3-5所示。可以看出，截面温度和硬化层分布为典
中国民航大学硕士学位论文19(a)t=0.09s(b)t=2.7s(c)t=5.4s(d)t=8.1s(e)t=10.8s图3-3气门座温度场分布随时间的变化沿激光扫描方向取t=2.7s、5.4s和8.1s三个不同时刻的峰值温度点，各点热循环曲线如图3-4所示。通过计算得出，气门座激光相变硬化的最大加热速率达7318℃/s、最大冷却速率达4039℃/s，这说明激光相变硬化是一个快速加热和冷却的过程，工件表面在极短时间内的温度变化剧烈，当激光辐照材料表面时，高激光功率密度通过热传导使其表面温度急速升高，激光离开后，由于材料自冷作用和表面换热的影响使温度迅速降低。图3-4各时刻峰值温度点的热循环曲线t=10.8s时刻，在激光光斑中心位置截取模型，得到气门座截面的温度尝温度等值线和硬化层（红色区域）分布，如图3-5所示。可以看出，截面温度和硬化层分布为典
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光淬火对回转轴残余应力影响的研究[J]. 杨秋梅,周亚军,毛大恒,陈晋琳. 热加工工艺. 2020(04)
[2]表面工程技术的应用及其研究现状[J]. 秦真波,吴忠,胡文彬. 中国有色金属学报. 2019(09)
[3]40CrNiMoA钢表面激光淬火后的组织和性能[J]. 杨振,樊湘芳,邱长军,李勇,柳宁. 激光与光电子学进展. 2020(01)
[4]40Cr钢激光表面淬火显微组织分析[J]. 韩彩霞,陈安民. 热加工工艺. 2019(14)
[5]27SiMn钢表面激光淬火数值模拟及实验验证[J]. 郭卫,张汉杰,柴蓉霞. 应用激光. 2019(03)
[6]HT250激光表面硬化的组织及性能研究[J]. 贾金凤,龚俊,宁会峰,阎相忠. 热加工工艺. 2019(10)
[7]主战坦克用柴油机应用前景展望及技术发展趋势研究[J]. 伍赛特. 内燃机. 2019(02)
[8]感应淬火技术的发展及其应用[J]. 陈讲彪,陈刚,于文坛,茆勇,陈灵通,童乐. 安徽冶金. 2018(03)
[9]电子束熔覆表面改性技术的研究进展[J]. 王波,刘海浪,祁正伟,张国培,王小宇. 热加工工艺. 2018(14)
[10]回火温度对9Cr-3W-3Co马氏体钢组织和硬度的影响[J]. 杨丽霞,马龙腾,陈正宗,李小佳. 金属热处理. 2018(06)
博士论文
[1]高速大功率柴油机曲轴动态特性及轴承润滑性能仿真分析研究[D]. 周玮.北京理工大学 2016
[2]高铬铸钢轧辊激光熔凝改性研究[D]. 李美艳.中国石油大学 2010
[3]合金钢轧辊激光快速熔凝组织及性能研究[D]. 李同道.中国石油大学 2007
硕士论文
[1]激光重熔调质40Cr钢疲劳裂纹扩展行为及磨损性能[D]. 张海潮.吉林大学 2019
[2]柴油机气门座圈压装试验研究及CAE分析[D]. 李源.重庆大学 2016
[3]H13激光表面淬火数值模拟分析与实验研究[D]. 王明周.中国海洋大学 2015
[4]选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究[D]. 李雅莉.南京航空航天大学 2015
[5]Ta/Mo异种金属激光焊工艺研究及数值模拟[D]. 金亮.华南理工大学 2013
[6]泵筒内壁激光相变硬化数值模拟及催渗机理研究[D]. 张哲.中国石油大学（华东） 2013
[7]TC4钛合金的激光熔凝处理及其在扩散焊接中的应用研究[D]. 原晓明.南京航空航天大学 2013
[8]SUS430铁素体不锈钢激光焊接热应力场数值模拟研究[D]. 蒋秀晔.天津大学 2012
[9]大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用[D]. 李婧.上海交通大学 2011
[10]铝合金双光束激光填丝焊温度场与应力场数值模拟[D]. 刁旺战.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3074598
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