在新型動力高強化、高緊湊的發(fā)展趨勢下,與氣缸蓋整體成型氣門座采用的RuT300蠕墨鑄鐵材料無法滿足其使用工況下的可靠性需求,需采用激光表面改性工藝處理材料表面。通過建立有限元仿真數(shù)學物理模型,分析激光參數(shù)、激光光束變換、激光光束離散等對蠕墨鑄鐵激光表面改性熱力耦合仿真的影響規(guī)律;通過開展蠕墨鑄鐵激光表面改性實驗研究,分析材料改性后的微觀特性和顯微硬度,以及激光參數(shù)對材料組織演變和改性缺陷的影響規(guī)律,為蠕墨鑄鐵激光表面改性工藝在新型動力上的應用提供支撐,研究內(nèi)容如下:（1）針對蠕墨鑄鐵激光相變硬化工藝進行仿真研究。激光能夠?qū)崿F(xiàn)材料表面的快速加熱和冷卻,硬化層形貌呈月牙形;激光加載區(qū)域的瞬態(tài)應力為壓應力,殘余應力為拉應力,氣門座的環(huán)向殘余拉應力最大,易產(chǎn)生徑向裂紋。激光多道搭接掃描會出現(xiàn)回火軟化區(qū),當搭接率為40%時,峰值溫度最低、峰值殘余應力最大。圓環(huán)激光束能夠?qū)崿F(xiàn)氣門座錐面區(qū)域的一次性精確硬化,離散激光束能夠?qū)崿F(xiàn)材料表面的強韌結(jié)合,激光束能量離散能夠?qū)崿F(xiàn)離散硬化層深度的均勻性控制。（2）針對蠕墨鑄鐵激光熔凝工藝進行仿真研究。隨著激光掃描速度的增加,氣門座峰值溫度下降、熔凝層深度及寬度減... 

【文章來源】：中國民航大學天津市

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

氣門座溫度場仿真物理模型

中國民航大學碩士學位論文19(a)t=0.09s(b)t=2.7s(c)t=5.4s(d)t=8.1s(e)t=10.8s圖3-3氣門座溫度場分布隨時間的變化沿激光掃描方向取t=2.7s、5.4s和8.1s三個不同時刻的峰值溫度點，各點熱循環(huán)曲線如圖3-4所示。通過計算得出，氣門座激光相變硬化的最大加熱速率達7318℃/s、最大冷卻速率達4039℃/s，這說明激光相變硬化是一個快速加熱和冷卻的過程，工件表面在極短時間內(nèi)的溫度變化劇烈，當激光輻照材料表面時，高激光功率密度通過熱傳導使其表面溫度急速升高，激光離開后，由于材料自冷作用和表面換熱的影響使溫度迅速降低。圖3-4各時刻峰值溫度點的熱循環(huán)曲線t=10.8s時刻，在激光光斑中心位置截取模型，得到氣門座截面的溫度嘗溫度等值線和硬化層（紅色區(qū)域）分布，如圖3-5所示。可以看出，截面溫度和硬化層分布為典

中國民航大學碩士學位論文19(a)t=0.09s(b)t=2.7s(c)t=5.4s(d)t=8.1s(e)t=10.8s圖3-3氣門座溫度場分布隨時間的變化沿激光掃描方向取t=2.7s、5.4s和8.1s三個不同時刻的峰值溫度點，各點熱循環(huán)曲線如圖3-4所示。通過計算得出，氣門座激光相變硬化的最大加熱速率達7318℃/s、最大冷卻速率達4039℃/s，這說明激光相變硬化是一個快速加熱和冷卻的過程，工件表面在極短時間內(nèi)的溫度變化劇烈，當激光輻照材料表面時，高激光功率密度通過熱傳導使其表面溫度急速升高，激光離開后，由于材料自冷作用和表面換熱的影響使溫度迅速降低。圖3-4各時刻峰值溫度點的熱循環(huán)曲線t=10.8s時刻，在激光光斑中心位置截取模型，得到氣門座截面的溫度嘗溫度等值線和硬化層（紅色區(qū)域）分布，如圖3-5所示�？梢钥闯�，截面溫度和硬化層分布為典

【參考文獻】：
期刊論文
[1]激光淬火對回轉(zhuǎn)軸殘余應力影響的研究[J]. 楊秋梅,周亞軍,毛大恒,陳晉琳.  熱加工工藝. 2020(04)
[2]表面工程技術的應用及其研究現(xiàn)狀[J]. 秦真波,吳忠,胡文彬.  中國有色金屬學報. 2019(09)
[3]40CrNiMoA鋼表面激光淬火后的組織和性能[J]. 楊振,樊湘芳,邱長軍,李勇,柳寧.  激光與光電子學進展. 2020(01)
[4]40Cr鋼激光表面淬火顯微組織分析[J]. 韓彩霞,陳安民.  熱加工工藝. 2019(14)
[5]27SiMn鋼表面激光淬火數(shù)值模擬及實驗驗證[J]. 郭衛(wèi),張漢杰,柴蓉霞.  應用激光. 2019(03)
[6]HT250激光表面硬化的組織及性能研究[J]. 賈金鳳,龔俊,寧會峰,閻相忠.  熱加工工藝. 2019(10)
[7]主戰(zhàn)坦克用柴油機應用前景展望及技術發(fā)展趨勢研究[J]. 伍賽特.  內(nèi)燃機. 2019(02)
[8]感應淬火技術的發(fā)展及其應用[J]. 陳講彪,陳剛,于文壇,茆勇,陳靈通,童樂.  安徽冶金. 2018(03)
[9]電子束熔覆表面改性技術的研究進展[J]. 王波,劉海浪,祁正偉,張國培,王小宇.  熱加工工藝. 2018(14)
[10]回火溫度對9Cr-3W-3Co馬氏體鋼組織和硬度的影響[J]. 楊麗霞,馬龍騰,陳正宗,李小佳.  金屬熱處理. 2018(06)

博士論文
[1]高速大功率柴油機曲軸動態(tài)特性及軸承潤滑性能仿真分析研究[D]. 周瑋.北京理工大學 2016
[2]高鉻鑄鋼軋輥激光熔凝改性研究[D]. 李美艷.中國石油大學 2010
[3]合金鋼軋輥激光快速熔凝組織及性能研究[D]. 李同道.中國石油大學 2007

碩士論文
[1]激光重熔調(diào)質(zhì)40Cr鋼疲勞裂紋擴展行為及磨損性能[D]. 張海潮.吉林大學 2019
[2]柴油機氣門座圈壓裝試驗研究及CAE分析[D]. 李源.重慶大學 2016
[3]H13激光表面淬火數(shù)值模擬分析與實驗研究[D]. 王明周.中國海洋大學 2015
[4]選區(qū)激光熔化AlSi10Mg溫度場及應力場數(shù)值模擬研究[D]. 李雅莉.南京航空航天大學 2015
[5]Ta/Mo異種金屬激光焊工藝研究及數(shù)值模擬[D]. 金亮.華南理工大學 2013
[6]泵筒內(nèi)壁激光相變硬化數(shù)值模擬及催滲機理研究[D]. 張哲.中國石油大學（華東） 2013
[7]TC4鈦合金的激光熔凝處理及其在擴散焊接中的應用研究[D]. 原曉明.南京航空航天大學 2013
[8]SUS430鐵素體不銹鋼激光焊接熱應力場數(shù)值模擬研究[D]. 蔣秀曄.天津大學 2012
[9]大型船體焊接變形仿真技術研究及其應用[D]. 李婧.上海交通大學 2011
[10]鋁合金雙光束激光填絲焊溫度場與應力場數(shù)值模擬[D]. 刁旺戰(zhàn).哈爾濱工業(yè)大學 2010



本文編號：3074598