塑料模具钢的激光相变硬化模拟研究

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1、广东工业大学硕士学位论文塑料模具钢的激光相变硬化模拟研究姓名：王振华申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：揭晓华20080501摘要本文作者采用YAG固体激光器对718、738两种塑料模具钢进行了表面相变强化处理，应用ANSYS有限元分析软件，对两种塑料模具钢在激光照射条件下产生的温度场、由温度场产生的应力场进行了瞬态分析。计算得到了瞬态加载条件下产生的温度分布和应力分布。结果表明当激光参数恒定时，表面移动热源在工件内部沿移动方向所产生的热影响不随位置的变化而变化。激光处理过程中有热量由表及里的滞后传递现象。表面最高温度的中心偏于束斑的后侧，前侧的温度梯度相对较低，而后侧的

2、温度梯度则变陡。温度场的分布是从非稳态到稳态，再到非稳态的；激光扫描时光斑内部出现压应力，沿扫描方向应力最为突出；在光斑外部，随着距离增加，压应力不断减小，拉应力不断增加；利用激光相变硬化工艺，在718和738钢表面获得了硬化层，考察了激光不同扫描速度对硬化层硬度、厚度和宽度的影响。结果表明在激光功率和光斑直径保持恒定的情况下，硬度随着扫描速度的提高先增加，到达一个最大值后再逐渐减少；表面硬度平均高达700HV，为基体硬度的1．5倍。硬化层厚度约为0．3—0．5mm，宽度在0．3—0．5mm之间。对激光相变处理后两种钢的硬化层进行了滑动磨损试验。在本试验的条件下，经激光相变处理过试

3、样硬化层的滑动摩擦系数明显比未处理过样品的摩擦系数要小的多，显著的提高了材料的耐磨性；硬化层的滑动摩擦系数较小，硬化层的耐磨性较好；研究了不同扫描速度对718钢的抗磨损性能的影响。在激光功率和光斑直径保持恒定的情况下，磨损失重随着扫描速度的提高先增加后减少。用扫描电子显微镜观测了硬化层表面形貌，观察发现t硬化层磨痕均为典型的平行犁沟状，表明硬化层的磨损机理为磨粒磨损。关键词：激光；相变硬化；温度场；应力场；模拟；磨损广东工业大学硕士学位论文Abstract．Theauthorhasmadesomeanalogueexperimentalresearchesonlasertransf

4、ormationhardening．Transformationhardeningon718、738plasticmouldsteel’SsurfacewithYAGlaserwasinvestigated，Analyzedthetemperaturefieldcoursedbylaserradiateon718、738plasticmouldsteelswiththesoftwareoffiniteelement、analyzedthetransientstressfieldcoursedbytemperaturefieldof718．738steelsunderlaserlib

5、eling。Obtainedthetransienttemperatureandstressdistribution，whenthesteelisunderload．Theresultsindicatethatwhenthelaserpowerandfaculadiameterareinvariableness，heataffectinginsidethework—pieceproducedbysurfacemovingthermalsourcealongmovingdirectiondoesn’tchangeasthepositionchanging．Thethermalhyst

6、eresisphenomenonfrominsidetooutsideexistedwhilelaserprocessing．Centerofthehighesttemperatureisbehindthefacula．Thetemperaturegradientinfrontofthefaculaislower，butbehindthefaculatemperaturegradientbecomecliffed．Temperaturefielddistributionisfromunsteadystatetoquasi—stablestate；Compressingstress·

7、developedinsidethefaculawhenscanning．Andthestressisoverhangingalongscanningdirection；outsidethefacula，compressingstressisreducingandtensionstressisincreasingcontinuouslyasthedistanceincreasing．Thistestdosomeresearchesonhowdothedifferent