热锻模具钢激光仿生强化的工艺技术研究

摘要

自然界的各种生物在亿万年的进化中，为了不断适应环境的变迁，逐渐形成了在形态、结构、材料和功能等各方面的优异特征，并以生物耦合的方式来实现各种不同的生物功能，其自身也因此而形成了一个对特定生存环境具有超强的适应性和高度协调性的系统。这些通过生物耦合作用来实现的特征和功能既是自然界的杰作，也是人类科学技术以仿生耦合为阶梯向新的科技前沿迈进的无尽宝藏。
　　本文从理论的角度对仿生耦合学以及几种抗疲劳和抗磨损生物体的机理进行了研究，结合现有的热锻模具材料与工艺特性，以及国内激光加工技术应用水平，制定了一套仿生耦合表面强化的新型工艺方法。在具体的研究过程中，一方面，通过DEFORM-3D三维成型软件对三通管热锻成型过程中的模具温度场、应力场以及其热磨损进行了数值仿真模拟，通过热锻模具工作表面的温度场、应力场分布情况和热磨损情况，分析了热锻过程中模具的受热和受力情况，以及模具表面易发生失效的部位;另一方面，通过实验对激光参数进行了优化，同时也对不同形态仿生结构分别进行了热疲劳实验，实验结果发现激光仿生强化方法可以有效的减轻甚至消除模具表面的剥落现象，并能有效的提高热锻模具钢工作表面的抗热疲劳性能，从而在整体上延长模具的使用寿命。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 概述

1．1 问题的提出

1．1．1 研究背景及模具生产制造中存在的问题

1．1．2 目的及意义

1．2 热锻模具钢激光仿生强化国内外现状

1．2．1 模具的应用及其材料研究现状

1．2．2 热锻模具钢及其性能研究现状

1．2．3 仿生强化方法的发展与应用

1．2．4 表面强化技术在模具方面的应用

1．3 本文的主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 热锻模具钢激光仿生耦合理论

2．1 仿生耦合方法及其制备技术

2．1．1 仿生耦合学理论方法

2．1．2 仿生耦合制备技术研究

2．2 热锻模具及其失效与性能研究

2．3 热锻模具的热疲劳性能研究

2．3．1 热疲劳裂纹的成因及其萌生与扩展

2．3．2 热疲劳性能的影响因素

2．3．3 改善热作模具材料热疲劳性能的技术研究

2．4 热锻模具钢的热磨损性能

2．5 本章小结

第3章 热锻模具钢激光仿生耦合工艺技术优化

3．1 模具的热处理与激光加工工艺技术研究

3．2 热锻模具的表面强化工艺技术研究

3．3 模具激光表面强化工艺研究

3．3．1 模具表面强化技术与工艺研究

3．3．2 表面强化工艺对模具寿命的影响

3．3．3 激光表面强化及其存在的工艺问题

3．4 激光表面仿生强化工艺优化方案

3．5 本章小结

第4章 三通管热锻模具的数值模拟分析

4．1 三通管热锻成型模拟的问题分析

4．2 三通管热锻成型模拟分析前处理

4．2．1 三通管热锻成型的三维建模及网格划分

4．2．2 三通管热锻成型模拟的工艺参数设定

4．3 三通管热锻成型模具温度场仿真分析

4．3．1 热负荷及其对热锻模具的影响

4．3．2 热锻成型模具过程中的温度场数值模拟结果及其分析

4．4 三通管热锻成型模具应力场仿真分析

4．4．1 热应力及其对热锻模具的影响

4．4．2 热锻成型模具过程中的应力场数值模拟结果及其分析

4．5 三通管热锻成型模具的热磨损仿真分析

4．6 本章小结

第5章 仿生强化实验设计及验证

5．1 激光仿生的设备及试样制备

5．2 澈光仿生强化工艺参数的优化与选择

5．2．1 实验方法及试样的制备

5．2．2 激光表面熔凝实验

5．2．3 激光表面填丝合金化实验

5．3 激光仿生强化材料的热疲劳性能研究实验

5．3．1 热疲劳实验试样的制备

5．3．2 激光仿生耦合处理的热疲劳性能试验

5．3．3 激光仿生耦合处理表面的抗热疲劳机制及应用

5．4 本章小结

第6章 结论

6．1 总结

6．2 研究展望

6．3 本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果