为了研究激光功率对液压支架立柱母材27SiMn钢激光淬火处理的影响, 利用ANSYS有限元软件模拟了激光淬火的过程, 得到了不同功率下温度场分布。在27SiMn钢表面进行了与数值模拟相同条件下的激光淬火实验, 并分析了宏观形貌、显微组织和显微硬度。结果表明, 数值模拟和实验所得到的淬火区深度基本一致。数值模拟中, 工件峰值温度随激光功率增大而增大, 整个温度场截面呈半月牙状; 实验所得到的硬化层形貌与仿真结果类似, 呈半月牙状。淬火后基体表层形成了细小致密的马氏体组织, 且硬化层的硬度比基体增加了2.5倍以上, 并且随着激光功率增加, 硬化层的深度和硬度也逐渐增加。

为了研究激光熔覆过程中的稀释效应,模拟了不同扫描速度下单道激光熔覆304不锈钢过程中的温度场,并依据材料的熔点计算出稀释率。在27SiMn钢表面上进行了激光熔覆实验,测量了单道熔覆层横截面的高度和宽度以及热影响区的深度,并计算出稀释率。分析了熔覆层中不同区域的元素组成,测量了显微硬度。结果表明,数值模拟和实验得到的稀释率变化趋势基本一致,均随着扫描速度的增大而逐渐减小;扫描速度越大,熔覆层中元素的稀释效应越小,熔覆层中越靠近基体的区域,元素的稀释现象越明显;熔覆层到基体的显微硬度呈低-高-低的三台阶式分布,且随着扫描速度的增大,高硬度区的宽度逐渐变小。

利用ANSYS有限元分析软件数值模拟激光熔覆过程,得到了不同工艺参数下的温度场。在与数值模拟相同条件下,在27SiMn钢表面进行激光熔覆304不锈钢实验,利用光学显微镜观察熔覆层的显微组织。结果表明,熔池内峰值温度随着激光功率的增大而增大,随着激光扫描速度的增大而减小;数值模拟与实验所得到的熔池几何尺寸基本一致;当激光功率为2500 W,扫描速度为13 mm/s时,熔覆层的晶粒细小,组织致密,熔覆层成形性最佳。

激光熔覆再制造技术在零件修复方面已被广泛应用几十年，该技术在应用时熔覆层易出现成形不均匀，存在气孔、裂纹等缺陷，熔覆层的质量会直接影响零件的修复效果。因此，有效控制熔覆层质量是该技术应用过程中的关键。分析了国内外现有的以熔覆层截面形貌、稀释率和热影响区宽度为评价指标的质量评估方法，介绍了以图像、温度等为监测信号的质量监测技术，综述了自适应控制系统，继而根据目前研究进展对熔覆层成形质量的提高提供依据。

为了研究激光熔覆304不锈钢和轧制态304不锈钢拉伸力学性能的差异，在27SiMn钢基体表面进行不同激光扫描速度下，单道激光熔覆304不锈钢实验，得到了单道熔覆层的宏观形貌和显微组织。在单道良好成形性的激光扫描速度下，进行多道搭接实验，得到了熔覆层横截面宏观形貌。最后进行多层累加，得到了拉伸力学性能曲线和拉伸断口形貌。结果表明，随着激光扫描速度的不断增大，单道熔覆层成形性较差，搭接率为50%的情况下，所得的熔覆层成形性较好。激光熔覆304不锈钢抗拉强度为551.32 MPa，拉伸断口形貌表现为明显的韧性断口；原轧制态304不锈钢抗拉强度为713.11 MPa，拉伸断口形貌表现为明显的脆性断裂断口。

为了研究激光功率对激光熔覆304不锈钢组织和性能的影响, 利用ANSYS有限元分析软件对不同激光功率下的激光熔覆304不锈钢过程进行数值模拟, 分析了不同激光功率下的温度场, 得到了距离熔覆层表面1 mm处的某点温度-时间曲线。在27SiMn钢表面进行了单道激光熔覆304不锈钢实验, 并分析了显微组织、宏观形貌和显微硬度。结果表明, 数值模拟出温度场熔池宽度、深度和面积随激光功率的增大而增大; 该点温度时间曲线呈锯齿状变化, 且最高温度随激光功率的不断增大而增大; 在不同激光功率下熔覆层与基体之间均实现了良好的冶金结合; 激光功率在2 100～2 500 W范围内, 随激光功率的增加, 熔覆层的晶粒变得细小, 组织更为致密; 激光功率在2 700 W时, 熔覆层晶粒比功率为2 500 W的粗大; 显微硬度曲线均呈现出“低—高—低”的台阶状分布趋势。

在27SiMn钢表面通过预置送粉方法得到了激光熔覆层,并对熔覆层进行了热处理。分析了热处理前后试样的显微组织、相结构、拉伸性能、断口形貌和显微硬度,获得了较优的热处理工艺参数。结果表明,热处理工艺可细化熔覆层的晶粒,使熔覆层的显微组织更加致密;热处理工艺可以改善材料的塑性和韧性,增大材料的抗拉强度,减小材料的显微硬度。在最优热处理工艺下,试样的晶粒均匀、细小且拉伸性能优异。

针对液压支架立柱易出现点蚀、磨损等问题, 采用激光熔覆技术在液压支架立柱母材27SiMn钢表面制备了铁基合金熔覆层, 并分析了熔覆后试样的显微组织、显微硬度、磨损率以及磨损形貌。结果表明, 熔覆层和基体之间实现了良好的冶金结合, 熔覆层的上部的组织较为致密, 晶粒细小, 中部和底部主要是具有典型定向凝固特征的柱状晶, 晶粒较为粗大。熔覆层、热影响区以及基体材料的显微硬度逐渐减小, 显微硬度曲线呈台阶状分布。在定载荷情况下, 随着摩擦速度的增大, 试样的磨损率先增大后减小; 在定转速情况下, 试样的磨损率随着载荷的增加呈现缓增到激增的趋势。熔覆层的磨损形貌表明其磨损机制主要是磨粒磨损、粘着磨损和剥落磨损。

为了改善1Cr5Mo耐热钢焊接接头拉伸力学性能，利用CO2激光对其进行了表面改性处理，通过拉伸试验考察了激光热处理对拉伸性能的影响。利用扫描电镜观察了焊接接头的断裂形式和断口形貌，并用能谱仪分析了激光热处理前后试样表面化学元素的组成，讨论了残余应力和残余奥氏体对拉伸性能的影响。结果表明，激光热处理前后试样的拉伸断口均为韧性断裂，激光热处理后断裂性能有所提高；激光热处理试样表面产生晶粒细化和残余压应力的强化层，其屈服强度和抗拉强度分别提高了3.4%和13.7%，拉伸性能得到进一步提高；激光热处理试样的残余奥氏体含量有所降低，导致焊接接头的断面收缩率下降了18.61%，而延伸率基本不变，其均匀变形能力有所增强。