新疆作为我国“西电东送”的关键节点, 电网覆盖面积大。受新疆恶劣天气的影响, 常规设计的金具在服役过程中出现过早失效。为进一步提高线路金具的服役寿命, 采用激光强化的方式提高材料表面的耐磨损性能, 研究激光强化处理对U型环组织及硬度的影响。根据U型环的实际工况进行了金具磨损试验, 对磨损结果进行分析。最后, 对磨损后材料的剩余承载力进行测试。结果表明, 激光硬化层为针状及板条状马氏体组织, 硬化层平均硬度为638 HV, 深度约为2.1 mm。组1中未强化U型环的平均磨损质量为19.8 g, 组3中激光强化U型环的磨损质量平均为0.9 g, 其失重量为未强化U型环的4.5%。由破坏载荷试验可知, 激光强化U型环在磨损后的剩余承载力仍高于其标称破坏载荷。

针对电力金具在服役过程中，因为服役环境复杂而导致电力金具过早失效的问题。为进一步提高电力金具的使用寿命，采用激光淬火与火焰淬火的方式对试样表面进行强化，研究不同处理方式下表面硬化层的组织与硬度，利用摩擦磨损试验机对耐磨性能进行测试，并对表面磨损形貌及磨损机理进行分析。结果表明，经激光淬火与火焰淬火处理后，原始试样的耐磨性能得到了不同程度的提高，激光淬火后磨损失重量减少了80.60%，磨损程度较轻，表现为轻微磨损；火焰淬火后磨损量减少了66.24%，表现为磨粒磨损；未处理原始试样表现为粘着磨损。

目前全长热处理钢轨在使用过程中存在侧磨、压溃、剥离掉块等问题, 为了进一步提高钢轨的使用寿命, 在钢轨表面制备了4种不同深度激光的淬火层, 利用滚动接触疲劳磨损试验机对疲劳磨损性能进行了测试, 并对表面磨损形貌、断面显微组织以及磨损机理进行了分析。结果显示: 原始钢轨试样的硬度只有35 HRC, 磨损以塑性变形和疲劳剥落为主, 表面产生严重的波磨。激光淬火后表面硬度提高到62 HRC以上, 磨损机理只有表层轻微的疲劳剥落。0.7 mm淬火层试样磨损失重减少了50%, 1 mm淬火层试样磨损失重减少了71.5%, 随着淬火层深度增加, 磨损失重减少。当淬火层深度低于0.7 mm时, 淬火层边缘产生严重的接触疲劳裂纹, 只有当淬火层深度达到1 mm时, 才能完全消除宏观裂纹产生。钢轨表面的接触疲劳抗性随着淬火层深度增加而增加。

随着半导体激光自身输出功率和转换效率的提升, 半导体激光已经广泛的应用于激光加工领域。本文针对目前激光加工领域对半导体激光硬化光源的需求, 研制了波长为976 nm的连续输出半导体激光硬化光源。该光源采用空间/偏振合束工艺达到了较高的合束效率, 采用柱面微透镜阵列分割与聚焦镜复合较好地匀化了巴条激光器慢轴方向固有的光强起伏, 使聚焦光斑的光强呈平顶分布。最后对该光源进行了实验装调和测试。结果表明, 在工作电流为93 A时, 光源的最大输出功率为5 120W, 电光转换效率达47%, 光斑尺寸为2 mm×16 mm, 光斑分布为平顶分布, 平整度大于90%, 满足工业中对大面积、高效率激光硬化的要求。

针对传统气压砂轮存在磨粒容易脱落，加工效率低等问题，提出了制备渐进式黏磨层气压砂轮的方法。该方法基于分层渐进抛光的思想，在砂轮头表面涂覆多层不同厚度和目数的黏磨层。利用磨粒脱落量及表面加工质量实验确定不同黏磨层光整加工所需时间及厚度， 制备了渐进式黏磨层气压砂轮， 研究了砂轮头的几何精度和加工工件的表面质量。结果表明: 渐进式黏磨层气压砂轮不同黏磨层磨粒目数分别为180#、120#、80#，其厚度分别为2 mm、0.21 mm、0.3mm，各层厚度均符合设计要求，误差在5%以内。在加工过程中，外层黏磨层能在理想时间逐层有效脱落。当下压量为2 mm、磨削转速为1 250 r/min时，渐进式黏磨层气压砂轮能够完成初期光整加工且效率提高19%以上。实验显示: 提出的方法大幅提高了激光强化表面光整加工效率和自动化程度。

针对软氮化层深浅、硬度低、承载能力差的问题, 采用半导体激光对30CrNiMo软氮化层表面进行激光淬火复合强化工艺研究。研究了激光功率与扫描速度对复合强化的层深、金相组织和显微硬度的影响规律。软氮化层的硬度及硬化层深明显增加, 且表面硬度和层深可由激光工艺参数来调整。当激光功率为1 100 W, 扫描速度为600 mm/min时, 复合强化工艺与软氮化处理相比表层硬度可提高300 HV左右, 硬化层深可完全覆盖软氮化层深。

采用正交实验的方法,以半导体激光器对H13模具钢进行激光淬火,研究激光功率、扫描速度、搭接率等工艺参数对激光淬火后材料性能的影响,并对组织进行观察分析.结果表明,当激光功率为1 800 W,扫描速度为1 000 mm/min,搭接率为40%时,H13钢表面硬化性能最佳,其表面硬度高达777.5 HV0.2.

采用正交实验优化了激光加工导轨试样的工艺参数，用光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计对试样进行了显微组织分析和硬度测试，并在油润滑下与常规处理试样进行了磨损性能对比试验。结果显示，电流对硬化深度影响最显著，然后依次为扫描速度、脉宽和频率，优化后的激光加工参数：扫描速度为0.25 mm/s，电流为150 A，脉宽为10 ms，频率为7 Hz。激光加工试样熔凝区分布有球状石墨，相变区晶粒尺寸较熔凝区更细小，分布更均匀；硬度较常规处理有显著提高，其分布无变化梯度。当循环次数达38000时，激光加工试样较常规处理试样耐磨性提高约1倍。

提出了一种计算大型、具有复杂曲面的汽车覆盖件冲压模具应力的计算方法, 并预测模具的失效部位, 对模具表面进行激光强化处理。所提出的方法解决了在通用有限元软件中模具为变形体所造成的计算应力不准确的问题。首先通过冲压软件DYNAFORM模拟板料的成型过程, 计算得到了板料上每个节点的位移, 然后将该位移作为位移载荷施加于模具之上, 在ABAQUS中计算得到冲压时模具表面所受到的应力。计算得到的应力值超过模具材料许用拉应力所在的区域为模具失效区域, 与模具实际磨损失效的区域位置分布及形状一致。

采用溶胶-凝胶法制备得到含有TiO2、BN和C的复合粉末, 将其预置在45钢基体表面, 然后通过激光强化原位制备出含有TiN和TiB2颗粒的强化涂层。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对涂层组织、成分和物相进行了分析, 并测试了涂层显微硬度。结果表明, 强化涂层与基体结合良好, 涂层中无裂纹、气孔等缺陷, 原位生成的颗粒状TiN和须状TiB2均匀分布在强化层中。涂层最高硬度达到956 HV0.1, 显著地提高了45钢的硬度。