光纖激光復(fù)合織構(gòu)形貌的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究

1、光纖激光復(fù)合織構(gòu)形貌的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究激光表面織構(gòu)技術(shù)用于改善摩擦副間摩擦學(xué)特性，可以對(duì)機(jī)械零部件表面起到減磨、增壽效果。在眾多表面織構(gòu)技術(shù)中，激光織構(gòu)技術(shù)因其諸多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)得到更加廣 泛關(guān)注，在軋車(chē)?yán)?、磁盤(pán)、機(jī)械密封、模具、刀具、內(nèi)燃機(jī)缸套、軸承等都有應(yīng)用。但是，目前主要研究更多集中在激光織構(gòu)中的微凹坑（槽）研究,對(duì)毛化（凸 體）織構(gòu)的理論、試驗(yàn)研究尚缺少系統(tǒng)性、創(chuàng)新性。不同材料、相同材料應(yīng)用場(chǎng) 合存 在差異，應(yīng)用差異導(dǎo)致對(duì)工件摩擦副要求不同，因而對(duì)毛化形貌、尺寸、毛化 點(diǎn)分布 規(guī)律都會(huì)提出不同要求。鑒于此，本文以金屬塑性成型模具的工程應(yīng)用為目標(biāo)，對(duì)45鋼、Cr12模具鋼 兩種 常用材料進(jìn)行

2、了系統(tǒng)、帶有創(chuàng)新性的激光毛化數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究，并對(duì)激光微凹坑 加工工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下。（1）基于激光與金屬物質(zhì)相互作用機(jī)理，利用FLUEN工具軟件建立激光毛 化三維數(shù)學(xué)模型。探究脈寬、激光功率密度對(duì)45鋼、Cr12模具鋼溫度場(chǎng)、流場(chǎng)的 影響。結(jié)果表明:兩種材料熔池流動(dòng)方向均是從四周流向中心，形成凸起。45鋼在脈寬 500us及其更大脈寬下，熔池中心最高溫度超過(guò)沸點(diǎn)，會(huì)有材料氣化，該結(jié)論得到 試驗(yàn)驗(yàn)證：脈寬小于500us形成球冠狀,500us及更大脈寬形成凹頂球冠狀。設(shè)定功率密度不變，45鋼熔池直徑、深度增加率，隨著脈寬增大均呈現(xiàn)出先大 后小變化規(guī)律。通過(guò)分析流場(chǎng)、溫度場(chǎng)

3、發(fā)現(xiàn)，大溫度梯度可以促進(jìn)熔池快速生長(zhǎng)，溫 度梯度變小，熔池生長(zhǎng)速率變緩，該結(jié)論得到試驗(yàn)驗(yàn)證：毛化點(diǎn)直徑、高度增大率從 大到小轉(zhuǎn)折點(diǎn)為脈寬500uso612與45鋼因材料性質(zhì)不同，導(dǎo)致液體對(duì)流存在些微差異,模擬出612熔 池深徑比大于45鋼，兩種材料毛化點(diǎn)剖面金相圖驗(yàn)證了該模擬結(jié)果；兩種材料溫度 場(chǎng)結(jié)合毛化點(diǎn)金相進(jìn)行分析，從內(nèi)到外分為氣化區(qū)、熔凝區(qū)、熱影響區(qū)、基材區(qū)，并 對(duì)各區(qū)金相組織、硬度進(jìn)行檢測(cè)分析，毛化點(diǎn)相對(duì)基材硬度大幅提高。(2)對(duì)毛化 形貌進(jìn)行定量表征。引入推衍參數(shù)凹陷率T、內(nèi)外徑比Pbo球冠狀T為0;凹頂球冠狀O<T<0.33;M 狀 0.33 T2v/sub乍為輔助氣體

4、,45鋼在所給加工參數(shù)內(nèi)，依次出現(xiàn)M狀、凹 頂 球冠狀、球冠狀；CH2全部形成凹頂球冠狀。此時(shí)兩材料毛化點(diǎn)直徑，相比未加輔助 氣體情況下直徑變大，高度變小。以0vsub2v/sub#為輔助氣體,0.05MPa氣壓下,45鋼毛化形貌無(wú)規(guī)律可循,612毛化點(diǎn)在M狀和火山口狀中隨機(jī)出現(xiàn)0.1 MPa下，兩種材料熔池均被吹散，無(wú)法形成毛化點(diǎn)。(6)從改變激光吸收率出發(fā)，在加工表面涂敷一層水玻璃，探究 毛化形貌及尺寸變化規(guī)律。該涂層下，兩種材料毛化形貌高徑比均要大于未涂層時(shí)的高徑比。（7）在工件 側(cè)面加磁鐵，希望加工出偏向一側(cè)毛化點(diǎn)。兩種材料作為鐵磁體材料，當(dāng)溫度超過(guò)它們居里溫度成為順磁體，此時(shí)磁場(chǎng) 無(wú)法 對(duì)液體金屬產(chǎn)生影響，所以毛化形貌無(wú)變化。（8）因?yàn)榛钚栽豐對(duì)熔池對(duì) 流產(chǎn)生 影響，在加工表面涂敷一層直徑5um硫粉進(jìn)行激光毛