Total No. 181 June2010
·设计与研究：
冶金设备
METALLURGICALEQUIPMENT
总第181期 2010年6月第3期
半钢轧辊表面激光强化裂纹的热力学成因解析
张建宇高立新崔玲丽
（北京工业大学北京市先进制造技术重点实验室北京100022）
摘要针对半钢材料对激光参数的敏感性，采用有限元仿真与显微检验相结合的方法，研究了强化裂纹与参数选择之间的对应关系，并初步提出了相应的预防策略。
关键词半钢概激光强化裂纹热力学
中图分类号TGI62.2TN249
文献标识码A
AnalysisontheThermo-mechanicalBehaviorofLaserStrengthening
InducedCrackonSemi-steelRollSurface
Zhang Jianyu Gao LixinCui Lingli
(Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology ,Beijing University of Technology , Beijing 100022)
ABSTRACTDue to the sensitivity of semi-steel material on the laser processing parameters, the FEM simu lation technology and microstructure testing methods are combined to study the relationship between the strengthening crack and parameter selection. Furthermore, the basic prevention strategy for crack initiation is provided.
KEYWORDSSemi-steel rollLaser strengtheningCrackThermodynamic analysis
1引言
激光表面强化技术利用高能光束使材料局部瞬间发生奥氏体化，随后依靠自冷淬火诱发马氏体相变，从而提高硬度、改善其耐磨性。目前，这种技术已被广泛用于各类金属的表面强化。
通常情况下，在激光强化的两个阶段（加热和冷却)中，为了使奥氏体化有充足的时间，希望加热阶段足够长；另一方面，为了促使奥氏体尽量多地转化为马氏体，而非珠光体或贝氏体等其他组织，显然冷却速率越快越好。在这种急冷急热的作用下，金属材料产生裂纹的倾向性很高，尤其对于含碳量较高、韧性较差的材料，例如型钢轧辊常用的半钢材料。因此，裂纹问题是推广激光强化技术的主要障碍之一。
目前，国内外许多学者已在激光裂纹的形成
机理方面做了大量工作。中科院力学所的B.Q Yang和K.Zhang等建立了硬化带中部含有裂纹的激光相变硬化试样的力学模型，用来量化分析残余应力和硬度梯度对于裂纹驱动力的影响。仿真实例显示，裂纹驱动力对残余应力的变化非常敏感"。日本的YoshiharuMutoh和中国的 Zhi-JunDai针对钨在激光照射下的热冲击行为采用ABAQUS有限元软件建立了轴对称模型，并将钨的潜热作为相变引起的附加热量，计算了径向和圆周方向的应力分布，获得了径向裂纹前端的KI在冷却过程中随时间的变化规律[2]。东北大学的FangLiu和ChangshengLiu对带有Ni-Cu 等离子喷涂层的铜基体采用脉冲式Nd：YAG激
①本文得到国家自然科学基金（50675004)和北京市自然科学基金（3072003）的资助
②作者简介：张建字，男，1975年出生，博士，现为北京工业大学北京市先进制造技术重点实验室副教授，研究方向：激光表面改性技术，设备故障诊断
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