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球墨铸铁QT600-3激光相变硬化数值模拟与试验研究
| 论文题名： | 球墨铸铁QT600-3激光相变硬化数值模拟与试验研究 |
| 关键词： | 球墨铸铁;激光相变硬化;温度场;汽车覆盖件模具 |
| 摘要： | 近年来,我国汽车业发展十分迅速,球墨铸铁由于具有良好的工艺性能和使用性能,作为汽车覆盖件模具的常用材料。然而目前球墨铸铁模具的使用寿命不高,对球墨铸铁进行表面强化十分重要。本文围绕球墨铸铁QT600—3的激光相变硬化展开了数值模拟与试验研究。 本文首先建立了球墨铸铁QT600-3激光相变硬化温度场的三维模型,采用商业软件ProCAST计算了表面淬火时的温度场。根据温度场预测了硬化层深度和宽度。在激光功率为800W～1000W,激光扫描速度在2mm/s～2.667mm/s,光斑直径在4mm～5mm时,硬化层深度在0.2mm～0.64mm之间,硬化层宽度在2mm～3.7mm之间。激光功率的增大、扫描速度的减少都会使硬化层深度和硬化层宽度得到增加。通过数值模拟,揭示了采用较低的激光功率和扫描速度,大的光斑直径时,可有效的提升球墨铸铁CO2激光相变硬化层深度。 采用固体激光,对珠光体型球墨铸铁QT600-3进行了激光相变硬化试验,验证数值模拟结果。试验后的表面宏观硬度一般在50HRC以上,近表层的显微硬度在600HV～920HV之间。获得了金相组织的变化,获取了试验后的硬化层深度和宽度。探明了硬化层深度与工艺参数之间的线性回归关系。通过对试验结果与数值模拟计算结果的对比分析,发现数值模拟可以对球墨铸铁QT600-3激光相变硬化的工艺设计提供参考依据。 为提升使用CO2激光时的球墨铸铁相变硬化层深度,进一步对珠光体型球墨铸铁QT600-3开展激光相变硬化试验研究,验证数值模拟结果。试验的工艺参数范围为:激光功率为630W～800w,激光扫描速度在1mm/s～2mm/s,光斑直径取为8mm。试验后的表面宏观硬度一般在48HRC～60HRC之间,近表层的显微硬度在600HV～913HV之间。硬化层组织主要为针状马氏体、残余奥氏体等。分别探讨了宏观硬度、硬化层深度与功率和速度之间的基本关系。试验得到的硬化层深度在0.53mm～0.95mm之间,结果表明,采用较低的激光功率和扫描速度,大光斑直径的工艺参数时,可有效提升球墨铸铁CO2激光相变硬化层深度,试验结果与数值模拟的预测相吻合。探明了硬化层深度与工艺参数之间较好的线性回归关系。试验对优化球墨铸铁汽车覆盖件模具的激光相变硬化工艺具有较强的参考价值。为更好的分析和理解球墨铸铁的激光相变硬化过程,文中补充45钢和混合基体型球墨铸铁的激光相变硬化试验结果,并将其与珠光体型球墨铸铁激光相变硬化后的组织变化进行比较,石墨球对球墨铸铁的激光相变过程影响较大,珠光体含量增高有助于激光相变硬化过程的实现。 |
| 作者： | 郭怡晖 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 刘金水;刘继常 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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