T10鋼和3Crl3鋼激光淬火及其溫度場數(shù)值模擬研究.pdf

1、激光表面淬火是材料表面改性的高新技術(shù)，與其他表面淬火工藝相比，激光淬火的優(yōu)勢在于，能大幅度細(xì)化材料表面組織、提高其硬度，保持材料心部的韌性，從而達(dá)到較好的硬度和韌性匹配;并能較大幅度的提高零件的耐磨性能、沖擊性能和疲勞強度等機械性能。雖已經(jīng)過三、四十年的發(fā)展，但由于激光淬火的特殊性，激光功率、掃描速度及光斑直徑等工藝參數(shù)的選取并沒有一個明確的標(biāo)準(zhǔn)，其工藝并不十分成熟，尤其是大面積激光淬火的相關(guān)工藝還有待進(jìn)一步研究。
　　本文采用大

2、功率CO2激光器分別對T10鋼和3Cr13鋼進(jìn)行了單道掃描激光淬火處理，研究了不同工藝參數(shù)對淬硬層組織、硬度及深度的影響;在此基礎(chǔ)上，制定了其大面積激光淬火工藝，探討了道間距對淬硬層組織及其硬度的影響;同時，建立了試驗條件下激光熱源的有限元模型，利用ANSYS有限元軟件對其激光淬火過程中溫度場進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　研究結(jié)果表明:
　　(1)在激光功率P=3kW、掃描速度v=250mm/min條件下，T10鋼和3Cr13鋼單道

3、掃描激光淬火時都能達(dá)到淬硬層深度和硬度的良好配合。此時，T10鋼的淬硬層組織主要為片狀馬氏體+殘余奧氏體+少量碳化物;3Cr13鋼淬硬層組織主要包括細(xì)馬氏體+殘余奧氏體+碳化物+珠光體。
　　(2)激光功率P=3kW時，T10鋼表面硬度變化隨掃描速度增大存在一個極大值，而3Cr13鋼表面硬度對掃描速度變化不敏感;當(dāng)激光功率P=2.8kW時，T10鋼表面硬度對掃描速度變化不敏感，而3Cr13鋼則存在一極大值。
　　(3)當(dāng)掃描

4、速度較小時，淬火層最大硬度出現(xiàn)在次表層，掃描速度較大時，最大硬度則出現(xiàn)在最表層。在激光功率相同的情況下，淬火層深度與掃描速度近似呈雙曲線關(guān)系。
　　(4)多道掃描激光淬火時，淬火區(qū)和回火區(qū)交替存在。對于T10鋼，回火區(qū)中馬氏體形態(tài)開始消失，甚至出現(xiàn)回火索氏體及鐵素體組織，而回火區(qū)硬度在深度方向呈遞增趨勢。3Cr13鋼淬火后組織及硬度值相比于單道淬火時變化較小。T10鋼淬火層底部平整性對道間距大小的敏感性比3Cr13鋼大。