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文档简介

1、光纤激光复合织构形貌的数值模拟与试验研究激光表面织构技术用于改善摩擦副间摩擦学特性，可以对机械零部件表面起到减磨、增寿效果。在众多表面织构技术中，激光织构技术因其诸多独特优势得到更加广 泛关注，在轧车昆、磁盘、机械密封、模具、刀具、内燃机缸套、轴承等都有应用。但是，目前主要研究更多集中在激光织构中的微凹坑（槽）研究,对毛化（凸 体）织构的理论、试验研究尚缺少系统性、创新性。不同材料、相同材料应用场 合存 在差异，应用差异导致对工件摩擦副要求不同，因而对毛化形貌、尺寸、毛化 点分布 规律都会提出不同要求。鉴于此，本文以金属塑性成型模具的工程应用为目标，对45钢、Cr12模具钢 两种 常用材料进行

2、了系统、带有创新性的激光毛化数值模拟与试验研究，并对激光微凹坑 加工工艺进行试验研究。主要研究内容及结论如下。（1）基于激光与金属物质相互作用机理，利用FLUEN工具软件建立激光毛 化三维数学模型。探究脉宽、激光功率密度对45钢、Cr12模具钢温度场、流场的 影响。结果表明:两种材料熔池流动方向均是从四周流向中心，形成凸起。45钢在脉宽 500us及其更大脉宽下，熔池中心最高温度超过沸点，会有材料气化，该结论得到 试验验证：脉宽小于500us形成球冠状,500us及更大脉宽形成凹顶球冠状。设定功率密度不变，45钢熔池直径、深度增加率，随着脉宽增大均呈现出先大 后小变化规律。通过分析流场、温度场

3、发现，大温度梯度可以促进熔池快速生长，温 度梯度变小，熔池生长速率变缓，该结论得到试验验证：毛化点直径、高度增大率从 大到小转折点为脉宽500uso612与45钢因材料性质不同，导致液体对流存在些微差异,模拟出612熔 池深径比大于45钢，两种材料毛化点剖面金相图验证了该模拟结果；两种材料温度 场结合毛化点金相进行分析，从内到外分为气化区、熔凝区、热影响区、基材区，并 对各区金相组织、硬度进行检测分析，毛化点相对基材硬度大幅提高。(2)对毛化 形貌进行定量表征。引入推衍参数凹陷率T、内外径比Pbo球冠状T为0;凹顶球冠状O<T<0.33;M 状 0.33 T2v/sub乍为辅助气体

4、,45钢在所给加工参数内，依次出现M状、凹 顶 球冠状、球冠状；CH2全部形成凹顶球冠状。此时两材料毛化点直径，相比未加辅助 气体情况下直径变大，高度变小。以0vsub2v/sub#为辅助气体,0.05MPa气压下,45钢毛化形貌无规律可循,612毛化点在M状和火山口状中随机出现0.1 MPa下，两种材料熔池均被吹散，无法形成毛化点。(6)从改变激光吸收率出发，在加工表面涂敷一层水玻璃，探究 毛化形貌及尺寸变化规律。该涂层下，两种材料毛化形貌高径比均要大于未涂层时的高径比。（7）在工件 侧面加磁铁，希望加工出偏向一侧毛化点。两种材料作为铁磁体材料，当温度超过它们居里温度成为顺磁体，此时磁场 无法 对液体金属产生影响，所以毛化形貌无变化。（8）因为活性元素S对熔池对 流产生 影响，在加工表面涂敷一层直径5um硫粉进行激光毛

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