模具表面激光毛化形貌成形机理及工艺实验研究

摘要

金属的表面处理技术作为一种融合了多个行业和多个学科的技术门类，其涉及到的内容较广，工艺方法较多，知识涵盖面较宽。常见的金属表面处理技术包括：表面改性技术，表面镀层技术，热喷涂技术，气相沉积技术以及高能束表面处理等。而激光毛化技术作为一种新型的表面处理微加工技术，通过对金属材料表面的改形改性，从而对材料表面的摩擦磨损现象起到良好的改善作用。基于激光毛化加工的这种良好效果，展开与激光毛化技术相关的基础理论与实验研究，将其应用到不同种类、不同需求的工作表面上，具有十分重要的意义。围绕激光毛化形貌的成形机理和工艺实验研究，国内外研究学者做了大量的工作，从机理解释、模拟仿真再到实验研究，均获得一系列研究成果，通过实验所获得的毛化形貌种类丰富多样，但是，针对毛化技术领域的研究仍然存在诸多问题。本文主要针对毛化形貌类型的判定标准和表征方法、如何实现毛化形貌的工艺可控性等关键问题，通过理论分析和工艺实验相结合的方法，对毛化形貌的成形机理进行阐述，建立一种表征和判定毛化点的方法，并通过特种工艺方法来尽可能地实现毛化点形貌与大小的可控性。综上所述，本文主要的研究工作如下。
　　一、根据激光和物质相互作用的机理，对毛化形貌的成形过程进行了详细的分析、阐释，包括毛化形貌形成的物理过程变化、熔池的形成过程分析、气化现象对熔池的影响，以及熔池内部的热传导过程和温度场的分析等。
　　二、利用SPI型光纤激光加工设备，采用单因素分析法，通过控制不同工艺参量在Cr12mov模具钢试样上进行了系统的激光毛化工艺实验，对不同实验参数下加工出的毛化形貌进行检测，进行对比分析，总结了不同实验参数下毛化形貌的演变规律；并根据实验中所获得的毛化点的外形特征，建立了一种毛化点几何尺寸的表征方法和形貌种类的判定标准；研究了不同激光功率、脉冲宽度、离焦量对毛化形貌几何大小的影响规律，并对形貌形成的过程进行了分析。
　　三、为尽可能改善毛化形貌，获得较好的毛化点质量，进而实现可控性要求，采用辅助气体、表面涂层以及水环境等不同的特种工艺方法，来探究对毛化点的影响规律。结果发现采用辅助气体为氮气时，在合适的气体压力下，所得到的毛化形貌更加均匀、规整；当表面涂层采用黑漆涂料时，毛化形貌的规律性更强，更易实现可控性。
　　四、利用金相显微镜对毛化形貌区域的金相组织和显微硬度进行了检测，并与基体材料进行对比分析。结果发现，毛化区域材料的金相组织形态全部为马氏体组织，更加致密，毛化点位置的显微硬度整体上比基体要高出30%~45%。

目录

声明

第一章 绪 论

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源

1.5 主要研究内容

第二章 激光毛化表面微形貌的形成机理分析

2.1 激光与金属材料相互作用的机理分析[62]

2.2 激光毛化的物理过程分析[59,64]

2.3 激光毛化熔池的形成过程分析[64]

2.4 气化现象对毛化熔池形貌变化的影响[64]

2.5 激光作用过程中的热传导过程和温度场分析[67,68]

2.6 本章小结

第三章 Cr12mov模具钢表面激光毛化工艺试验研究

3.1 试验方案

3.2 实验结果与形貌演变

3.3 不同激光工艺参量对毛化形貌的影响

3.4 毛化形貌的成形机理分析

3.5 本章小结

第四章 特种毛化工艺及其可控性实验研究

4.1 实验设备

4.2 试样准备

4.4 实验结果及分析

4 .5 本章小结

第五章 激光毛化形貌材料力学性能测定及分析

5.2 激光毛化微形貌的显微硬度测定

5 .3 本章小结

第六章 总结与展望

6.2 展 望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文