45钢激光淬火工艺参数研究

发布时间：2017-06-20 08:21

  本文关键词：45钢激光淬火工艺参数研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，激光表面处理技术不仅在研究和开发方面迅速发展，而且在工业应用方面也取得了很大的进步，成为表面工程一个十分活跃的新兴领域。激光表面淬火是属于激光表面处理技术的一种，其原理是利用激光将材料表面加热到相变点以上，随着材料自身冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术。激光表面淬火技术解决了许多常规热处理工艺无法解决的难题,已大量应用于汽车、冶金、模具、五金、轻工、机械制造等行业。特别是在汽车工业中，激光表面淬火几乎可用于发动机中所有耐磨零件如曲轴、缸套、缸体、活塞环、环槽、排气门和阀座等零件的加工。然而影响激光表面淬火工艺质量的因素很多，导致实际操作中控制淬火质量的难度较大，制约了激光表面淬火技术的应用。为了强化激光表面淬火技术的优势，进一步促进其在工业的应用，需要更好地认识和理解激光淬火过程中激光与材料相互作用的物理过程，以及各工艺参数对激光淬火加工质量的影响，在此基础上再对主要工艺参数结合激光设备进行试验和优化，从而使激光淬火实现良好的工业应用。 本文根据激光输出功率、扫描速度、光斑尺寸、电流、脉宽和频率等参数对激光表面淬火效果的影响，制定出五个实验方案，采用Nd:YAG固体激光器对45钢试样分别进行五个方案的激光淬火。然后用X-350A型X射线应力测量仪测量45钢试样激光淬火后的残余应力,并用线切割沿垂直于扫描方向取样制作成金相试样；再在金相显微镜上进行组织观察。淬硬层的深度用显微硬度测量法并配合金相观察予以确认。经过实验观察发现，，激光未处理前原始试样表层存在的是拉应力，经激光淬火的表层残余应力均为压应力。残余应力随着光斑大小和扫描速度的增大而减小，随着激光输出功率值的增大而增大。其中光斑大小和电流的值对残余应力的值影响相对更大些。激光淬火依靠热量由表及里的传导来进行自冷，实现淬火加工的效率高，得到的淬火硬化层硬度高而且晶粒细小，但在深度方向不均匀。使用Nd:YAG固体激光器设备，45钢试样的激光表面淬火达到的表面硬化效果基本能满足生产使用要求，其硬化深度一般为0.2～0.25mm，而且同时能保证试样有较好的表面质量。另外，本文通过分析得到在一定条件下的优化激光淬火工艺参数范围。
【关键词】：45钢 激光淬火 淬硬层 残余应力 硬度
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG156.99
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 引言10-18
• 1.1.1 激光表面淬火机理12-13
• 1.1.2 激光表面淬火的技术特点13-14
• 1.1.3 激光表面淬火在汽车工业的应用14-18
• 1.2 激光表面淬火的研究现状18-19
• 1.3 本文的研究内容19-21
• 第二章 金属材料的激光淬火工艺和 45 钢激光淬火实验方案21-36
• 2.1 激光器淬火设备21-23
• 2.1.1 Nd:YAG 激光器21-22
• 2.1.2 CO_2激光器22
• 2.1.3 本试验激光淬火设备的选用22-23
• 2.2 激光与固体材料的相互作用23-27
• 2.2.1 激光束的加热过程23-24
• 2.2.2 材料的表面效应24-25
• 2.2.3 材料的内部效应25
• 2.2.4 激光表面淬火的热量传递25-27
• 2.3 激光表面淬火的工艺参数的影响27-29
• 2.3.1 激光表面淬火工艺参数27-28
• 2.3.2 电流、脉宽、频率与激光输出功率的关系28-29
• 2.4 试验方法29-34
• 2.4.1 原始组织中含碳量的影响30-31
• 2.4.2 典型钢材激光表面淬火后的组织和性能31-32
• 2.4.3 工件预处理32
• 2.4.4 原始试样条件32-33
• 2.4.5 各试验方案所用的激光参数33-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 45 钢激光淬火试样表面残余应力测量和分析36-44
• 3.1 X 射线应力测量原理36-37
• 3.2 残余应力测量方法37-38
• 3.3 45 钢激光淬火试样的表面残余应力的测量结果与分析38-43
• 3.3.1 原始试样残余应力测量及分析38-39
• 3.3.2 激光淬火后试样残余应力测量及分析39-43
• 3.3.3 激光淬火前后残余应力比较43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 45 钢激光淬火金相组织与硬度分析44-76
• 4.1 金相试样的制作44-47
• 4.1.1 取样44-45
• 4.1.2 磨制45-46
• 4.1.3 抛光46-47
• 4.1.4 腐蚀47
• 4.2 金相组织观察与硬度测量的设备选用47-48
• 4.2.1 金相组织观察设备47-48
• 4.2.2 硬度测量的设备48
• 4.3 淬火工艺参数对材料组织和性能影响48-74
• 4.3.1 扫描速度对材料组织及硬度影响48-55
• 4.3.2 光斑大小对材料组织及硬度影响55-60
• 4.3.3 电流大小对材料组织及硬度影响60-65
• 4.3.4 脉宽大小对材料组织及硬度影响65-69
• 4.3.5 频率大小对材料组织及硬度影响69-74
• 4.4 本章小结74-76
• 全文总结76-77
• 参考文献77-79
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果79-80
• 致谢80-81
• 附件81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 吴凯令;车丽晶;;齿轮的激光相变强化处理[J];电动工具;2009年01期

2 王昌龙,黄延芳,蒋心慧,陈荣发;汽车同步器拨档环激光热处理[J];金属热处理;2004年09期

3 王从曾;激光淬火技术的应用现状及发展[J];机械工人(热加工);2004年07期

4 周健;李立君;;H13模具钢激光相变强韧化处理研究[J];矿冶工程;2008年02期

5 李胜;曾晓雁;胡乾午;;工艺参数对Nd:YAG激光熔覆层几何尺寸和性能的影响[J];热加工工艺;2007年07期

6 王扬,邓宗全,曲存景,孙晓飞;YAG激光和CO_2激光相变硬化机理研究[J];应用激光;2000年04期

7 杨毅;陈从桂;李必文;;激光表面处理浮动油封密封环的工艺研究[J];应用激光;2008年01期

8 谢志余,潘钰娴;激光热处理相变机理及应用[J];机械制造与自动化;2003年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 周益军;基于激光热应力的金属薄板无模成形的基础研究[D];江苏大学;2007年

  本文关键词：45钢激光淬火工艺参数研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：465047