目錄
序
前言
第1章　緒論1
1.1　激光修復(fù)技術(shù)的發(fā)展1
1.1.1　激光熔凝和熔覆過程的數(shù)學(xué)表達(dá)2
1.1.2　鑄鐵表面的激光改性研究5
1.1.3　激光熱修復(fù)的應(yīng)用研究5
1.2　灰鑄鐵裝備材料性質(zhì)及裂紋失效分析7
1.2.1　灰鑄鐵裝備的材料及組織特性7
1.2.2　灰鑄鐵裝備表面裂紋失效分析8
1.3　灰鑄鐵激光熔覆中石墨影響機(jī)制分析9
1.3.1　石墨對(duì)灰鑄鐵性能的影響9
1.3.2　激光修復(fù)過程中石墨相的行為變化12
1.3.3　石墨對(duì)激光修復(fù)質(zhì)量的影響12
1.4　激光修復(fù)層結(jié)合狀態(tài)研究及檢測(cè)方法13
第2章　激光修復(fù)過程描述及數(shù)值分析17
2.1　激光能量熱作用數(shù)學(xué)描述17
2.1.1　作用過程的熱-力學(xué)模型18
2.1.2　模型熱邊界的優(yōu)化20
2.2　激光熱修復(fù)有限元模型22
2.2.1　模型的有限元離散23
2.2.2　修復(fù)粉末的動(dòng)態(tài)添加25
2.2.3　基體底面的約束26
2.2.4　激光熱源的描述26
2.3　修復(fù)過程的熱響應(yīng)規(guī)律28
2.3.1　熱修復(fù)溫度場(chǎng)29
2.3.2　熱修復(fù)應(yīng)力場(chǎng)32
第3章　灰鑄鐵表面的激光熱修復(fù)實(shí)驗(yàn)研究37
3.1　灰鑄鐵表面激光熱修復(fù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)37
3.1.1　實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工藝37
3.1.2　待修復(fù)基體材料38
3.1.3　修復(fù)用合金粉末40
3.2　熱修復(fù)區(qū)組織特性分析40
3.2.1　修復(fù)區(qū)組織形貌40
3.2.2　石墨相形態(tài)特征46
3.3　熱修復(fù)試樣的斷裂特性分析47
3.3.1　三點(diǎn)彎斷試驗(yàn)設(shè)計(jì)47
3.3.2　試樣斷口形貌分析49
3.3.3　彎斷載荷-位移曲線52
3.4　熱修復(fù)區(qū)的阻裂行為機(jī)制53
3.4.1　修復(fù)區(qū)阻裂模型53
3.4.2　開裂方向的偏轉(zhuǎn)54
第4章　激光熱修復(fù)過程的影響因素研究56
4.1　激光熱修復(fù)基體的尺寸效應(yīng)56
4.1.1　基體長(zhǎng)度的影響57
4.1.2　基體寬度的影響58
4.1.3　基體厚度的影響59
4.2　環(huán)境介質(zhì)及作用方式的影響分析61
4.2.1　環(huán)境介質(zhì)的影響61
4.2.2　作用方式的影響66
4.3　熱修復(fù)工藝參數(shù)的影響分析71
4.3.1　對(duì)修復(fù)區(qū)微裂紋的影響72
4.3.2　對(duì)修復(fù)區(qū)硬度分布的影響75
第5章　激光熔覆中石墨相的行為變化研究79
5.1　結(jié)合區(qū)石墨行為及周圍組織特征79
5.1.1　石墨的不同形態(tài)與聚集狀態(tài)79
5.1.2　石墨生長(zhǎng)方向?qū)�組織分布的影響81
5.2　激光熔覆中石墨相的微裂現(xiàn)象分析83
5.2.1　石墨相尖端裂紋的萌生83
5.2.2　石墨相模型的模擬方法84
5.2.3　石墨相模型的建立及加載85
5.2.4　石墨相區(qū)域的應(yīng)力分析87
第6章　激光工藝參數(shù)對(duì)石墨及環(huán)境相的影響92
6.1　結(jié)合區(qū)石墨中碳原子的擴(kuò)散行為92
6.2　掃描速度對(duì)結(jié)合區(qū)石墨行為變化的影響93
6.3　不同掃描速度下結(jié)合區(qū)石墨的形態(tài)變化96
6.4　激光功率對(duì)結(jié)合區(qū)石墨行為變化的影響101
6.4.1　激光功率對(duì)石墨溫度環(huán)境的影響101
6.4.2　不同激光功率下結(jié)合區(qū)石墨的形態(tài)變化102
第7章　石墨及環(huán)境相的工藝優(yōu)化研究104
7.1　激光二次掃描工藝的提出104
7.2　激光二次掃描的熱力特征分析106
7.2.1　溫度響應(yīng)過程106
7.2.2　應(yīng)力響應(yīng)過程109
7.3　二次掃描中石墨及環(huán)境相的組織變化115
7.4　激光二次掃描過程中速度的影響117
7.4.1　瞬時(shí)熱應(yīng)力響應(yīng)分析117
7.4.2　殘余拉應(yīng)力響應(yīng)分析118
7.5　二次掃描速度對(duì)石墨及環(huán)境相的影響122
第8章　激光熱修復(fù)的局部自預(yù)熱策略研究125
8.1　激光局部自預(yù)熱策略的提出125
8.1.1　預(yù)熱策略及模型125
8.1.2　預(yù)熱工藝參數(shù)126
8.2　激光局部自預(yù)熱數(shù)值模擬126
8.2.1　熱響應(yīng)溫度場(chǎng)分析126
8.2.2　熱響應(yīng)應(yīng)力場(chǎng)分析127
8.3　激光局部自預(yù)熱修復(fù)實(shí)驗(yàn)130
8.3.1　修復(fù)區(qū)組織形貌130
8.3.2　修復(fù)區(qū)硬度分布133
第9章　結(jié)合強(qiáng)度剪切測(cè)量力學(xué)特征研究135
9.1　結(jié)合強(qiáng)度測(cè)量方法的比較與選定135
9.1.1　不同結(jié)合強(qiáng)度測(cè)量方法對(duì)激光修復(fù)層的適用性135
9.1.2　結(jié)合強(qiáng)度剪切測(cè)量方法的選定與描述136
9.2　結(jié)合強(qiáng)度剪切測(cè)量方法的力學(xué)模型137
9.2.1　剪切測(cè)量方法力學(xué)模型的建立138
9.2.2　力學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果分析140
9.3　剪切測(cè)量方法的模型優(yōu)化142
9.3.1　力學(xué)模型結(jié)構(gòu)的改進(jìn)142
9.3.2　力學(xué)模型的改進(jìn)及模擬計(jì)算142
9.3.3　優(yōu)化模型的應(yīng)力分析143
第10章　激光修復(fù)層結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試方法設(shè)計(jì)148
10.1　修復(fù)層強(qiáng)度測(cè)試裝置設(shè)計(jì)與制造148
10.1.1　裝置設(shè)計(jì)148
10.1.2　裝置模型受力分析153
10.1.3　強(qiáng)度測(cè)試裝置加工155
10.1.4　剪切強(qiáng)度測(cè)量方法優(yōu)化及試驗(yàn)分析156
10.2　結(jié)合狀態(tài)微觀檢測(cè)與綜合評(píng)價(jià)158
10.2.1　殘余奧氏體158
10.2.2　馬氏體160
10.2.3　石墨161
10.2.4　結(jié)合質(zhì)量表征方法設(shè)計(jì)163
參考文獻(xiàn)166