激光熔覆热损伤评估及其检测研究

摘要

激光熔覆是一个激光、熔覆材料以及基体材料相互作用，涉及相变理论、热力学理论以及热影响下材料本构演绎的一个复杂的热物理过程，因而影响熔覆后新产品使用性能的因素也是极其复杂的。本文对基于激光熔覆的热损伤评估进行了深入研究，对其检测方法做了初步探索。具体内容如下：
　　首先，基于相变理论对熔覆后材料的微观组织构成及形貌做了深入分析，发现熔覆后材料组织局部差异明显。熔覆层主要是由细小的柱状晶及等轴晶共同组成，结构较为均匀；基体根据受热影响的程度不同则分为了重熔区、热影响区以及正常组织。
　　其次，利用仿真软件ANSYS对不同工艺参数下熔覆的热场和应力场进行了深入分析。发现熔覆最高温度和冷却速度以及残余应力与工艺参数之间的规律性都很明显。熔覆后的残余应力多为拉应力，最大值与材料屈服强度相当，应力主要表现为纵向和横向，深度方向应力水平很低基本可以忽略。
　　再次，根据现有针对热损伤的研究物理量，在热损伤试验论证的基础上，综合提出了一种定量的熔覆热损伤数学评价模型，对模型的个别参量进行了试验和仿真的应用分析。根据该模型，熔覆热损伤水平可用一个标量参量表示。
　　最后，针对再制造产品的热损伤检测，使用金属磁记忆技术基于试验研究进行了初步探索，发现材料表面漏磁信号与疲劳累积损伤和热损伤具有相关性。
　　本文的研究成果对于激光熔覆再制造产品热损伤的评估具有积极意义，量化模型的实现将对结构的剩余寿命的评估起到巨大的推动作用。

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图、表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 激光熔覆再制造技术简介

1.3 当前热损伤研究现状

1.4 本文研究主要内容

第二章 激光熔覆热损伤的相变分析

2.1 材料相变热力学

2.2 材料相变动力学

2.3 激光熔覆后材料的金相形貌

第三章 激光熔覆的数值仿真分析

3.1 激光熔覆仿真简介

3.2 有限元模型描述

3.3 温度场仿真结果

第四章 激光熔覆热损伤量化评定模型

4.1 总体研究思想

4.2 熔覆热损伤试验论证

4.3 热损伤定量评估模型

4.4 参量模型应用

第五章 面向再制造的热损伤检测技术初探

5.1 研究背景

5.2 磁记忆技术的基本理论

5.3 热损伤磁记忆检测试验研究

5.4 结果讨论

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间研究成果及发表学术论文情况