1 青岛理工大学机械与汽车工程学院, 山东 青岛 266525
2 温州大学机械工程学院, 浙江 温州 325000
3 青岛理工大学信息与控制工程学院, 山东 青岛 266525
4 青岛黄海学院机电工程学院, 山东 青岛 266427
为提高激光除漆效率与质量, 采用响应面分析法对激光除漆后基体表面粗糙度进行优化研究。通过建立激光除漆工艺参数二次多项式回归模型, 验证模型适应性, 进一步对比分析最优参数除漆后的基体表面性能。结果表明, 激光功率与激光频率对基体表面粗糙度影响显著, 扫描速度与扫描次数对表面粗糙度影响较小。当2024铝合金基体的油漆厚度为100 μm时, 响应曲面分析法得出的最优参数为: 激光功率45 W、激光频率400 kHz、激光扫描速度600 mm/s、扫描次数6次。试验测得除漆后基体表面粗糙度Sa为1.739 μm, 仿真与试验误差率仅有0.6%。对比发现, 激光除漆后基体表面宏观形貌高低不平、存在激光扫描痕迹, 表面粗糙度Sa从1.319 μm增加到1.739 μm。从微观层面发现基体表面存在钝化层与隆起的熔融物, 局部区域更加光滑平整, 基体化学成分没有改变。激光除漆后基体显微硬度从平均141.59 HV降低到130.37 HV, 腐蚀速率由原来的0.008 852 0 mm/a减小到0.002 340 4 mm/a, 基体显微硬度降低, 耐腐性提高。虽然激光除漆后基体表面形貌与表面性能改变, 但对基体的再利用以及油漆的再涂装没有影响, 研究内容可为改进激光除漆工艺提供参考, 以减少基体损伤并获得更好的除漆效果。
激光除漆 响应面分析 表面粗糙度 2024铝合金 表面硬度 耐腐蚀性 laser paint removal response surface analysis surface roughness 2024 aluminum alloy surface hardness corrosion resistance
陕西科技大学机电工程学院，陕西 西安 710021
采用正交试验，研究在选区激光熔化快速成形的过程中，激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h以及扫描间距s4个参数对TC4钛合金成形件上表面粗糙度、侧面粗糙度和表面硬度的影响规律。研究表明，4个参数对上表面粗糙度影响的重要次序为激光功率、扫描速度、铺粉厚度、扫描间距；对侧面粗糙度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描速度、扫描间距；对表面硬度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描间距、扫描速度。试验可得形成TC4成形件表面质量的最佳工艺参数为：激光功率200 W，扫描速度600 m/s,铺粉厚度0.04 mm，扫描间距0.06 mm。
激光选区熔化 TC4钛合金 上表面粗糙度 侧面粗糙度 表面硬度 selective laser melting TC4 titanium alloy upper surface roughness side roughness the surface hardness
华东交通大学机电与车辆工程学院, 江西 南昌 330013
我国铁路跨度长、 运营时间长、 运行环境变化较大, 故对于车轮的磨损较大, 为保障高速铁路的安全运行, 高速列车车轮表面硬度就成为了一项重要参考指标。 激光诱导击穿光谱(LIBS)实验平台对8块不同硬度的HS7高铁车轮用钢样品进行击穿获取LIBS光谱数据, 发现基体元素(Fe)和合金元素(Cr, Mo, W)的谱线强度、 离子与原子线的强度比值(Ⅱ/Ⅰ)以及合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比值(A/M), 分别与样品硬度有着不同程度的相关关系。 利用此相关关系分别建立了以谱线强度和谱线强度结合谱线强度比值为变量的偏最小二乘法(PLS)定量分析模型, 在建立模型前采用标准正态变量变换(SNV)、 Savitzky-Golay卷积二阶导和高斯滤波(Gaussian filter)三种预处理方法来减小实验误差。 结果表明, 以谱线强度为变量的模型中采用SNV预处理后建立的PLS模型效果最佳, 校正集的确定系数为0.98, 均方根误差为1.30, 预测集的确定系数为0.90, 均方根误差为2.43; 以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型中采用原始数据建立的PLS模型效果最佳, 校正集的确定系数为0.99, 均方根误差为0.79, 预测集的确定系数为0.94, 均方根误差为2.44, 且通过对比发现以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型其预测精确度及其稳定性相比于以谱线强度为变量的模型均有所提升。 该结果表明, 利用谱线强度和离子与原子线的强度比、 合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比相结合的结果作为模型变量, 能显著提升PLS模型对于金属材料表面硬度预测的能力, 可以构建一种相关性更强的定量分析模型。 研究表明, 采用激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘法定量分析高铁车轮硬度具有一定可行性, 可将该技术应用于现场诊断、 估算高速列车车轮表面硬度, 为维持高速列车安全运行提供一定的保障。
激光诱导击穿光谱 高速列车车轮表面硬度 谱线强度 偏最小二乘法 Laser-induced breakdown spectroscopy Surface hardness of high speed train wheels Spectral line intensity Partial least squares 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 3109
陕西科技大学机电工程学院, 陕西 西安, 710021
实验采用激光选区熔化制造工艺成型316L合金, 采用正交实验法, 选定以激光功率P、铺粉厚度h。扫描间距d及扫描速度s四个工艺参数为实验变量, 分析不同工艺参数对成型零件的致密度和表面硬度的影响,得到P=140 W, s=250 mm/s, h=0.03 mm, d=0.08 mm的条件时, 可以得到成型样品的表面硬度为431.9 HV, 致密度为96.49%, 是一组具有较好性能的成型样品; 从输入能量角度分析316L粉末成型的能量区间。结合正交实验, 对四个主要参数进行量化关系分析, 用成型质量将值分为四个区间, 当491.43 J·cm-3<φ2<802.67 J·cm-3时, 成型件的致密度大约在95.21%以上, 表面硬度值在338.5 HV以上。具有和316L铸造成型件近似的性能。
激光选区熔化 316L合金 致密度 表面硬度 输入能量 laser selective melting 316L alloy density surface hardness input energy
燕山大学机械工程学院, 河北 秦皇岛 066000
采用不同的激光功率在A356铝合金表面进行激光重熔试验,分析了重熔层的组织和显微硬度,并采用三点弯曲试验研究了重熔层的力学性能以及重熔层与基体的结合性能。结果表明:与基体相比,激光重熔层的硬度得到了大幅提升;重熔层中的细晶强化及第二相弥散强化提高了重熔层的强度,延缓了重熔层中第一裂纹的发生;重熔层与基板区域具良好的冶金结合能力,界面区域无裂缝;经激光重熔处理的试样表现出了良好的表面力学性能,在1500 W及2000 W激光功率下获得的重熔层与基体间未出现分层现象。
激光技术 激光重熔 细晶强化 表面硬度 三点弯曲
1 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波315201
2 中国科学技术大学纳米科学技术学院, 安徽 合肥230026
实验分析了不同工艺参数的激光冲击处理对5083铝合金力学性能的影响, 结果表明:与未处理试样相比(336.44 MPa, 99 HV), 经过激光能量密度4.47 GW/cm2与5.62 GW/cm2冲击处理后, 试样的抗拉强度分别提升至347.02 MPa与353.13 MPa, 硬度分别提高了17%与27%。同时, 晶粒的尺寸与未处理试样相比明显变小, 晶粒细化明显。综上所述: 激光冲击强化产生的塑性变形引起的晶粒细化能有效提高材料的抗拉强度与表面硬度。
激光冲击强化 5083铝合金 拉伸性能 表面硬度 晶粒细化 laser shock peening 5083 aluminum alloy tensile strength surface hardness grain refinement
1 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100191
2 北京航空航天大学 物理科学与核能工程学院, 北京 100191
为了研究激光冲击次数和冲击能量对TC17钛合金微观组织和表面硬度的影响, 采用不同的工艺参量对TC17钛合金进行了激光冲击强化处理。TC17钛合金在激光冲击后, 表面形成了剧烈塑性变形和高密度位错, 冲击过程中位错发生增殖、塞积、缠结等现象, 单脉冲冲击形成的微凹坑的深度最大可达21.4μm; 脉冲能量为5J、搭接冲击次数从1次增加到4次时, 材料的表面硬度相比母材的增幅分别为8.3%,17.2%,24.3%和24.5%;5J和7J冲击1次时,表面硬度相比母材增幅分别达8.3%和14.2%。结果表明, 随着冲击次数和脉冲能量的增加, TC17材料表面硬度随之增加, 激光冲击强化使材料表面产生高密度位错, 这是其表面硬度增加的关键原因。
激光技术 激光冲击强化 TC17钛合金 微观组织 表面硬度 laser technique laser shock peening TC17 titanium alloy microstructure surface hardness
1 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 上海交通大学密西根学院, 上海 200240
3 江苏理工学院机械工程学院, 江苏 常州 213000
采用钕玻璃脉冲激光器进行了室温到300 ℃区间AZ80-T6镁合金激光冲击温强化(WLSP)实验研究。结果表明：WLSP 具有明显的温强化效果，比室温冲击强化(LSP)产生更高幅值的残余压应力，150 ℃时表面残余压应力(-150 MPa)和显微硬度均达到最大值，此时硬度较基体提高了35.8%，具有最佳的温强化效果；而150 ℃~250 ℃区间表面显微硬度趋于稳定值，其范围为122.1~119.1 HV，表现出良好的热稳定性。此外，还对不同温度下冲击凹坑的三维(3D)轮廓、表面形貌和表面粗糙度进行了分析和讨论。
激光光学 AZ80镁合金 激光冲击温强化 残余应力 表面硬度 表面形貌 中国激光
2015, 42(10): 1006002
北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室， 北京 100024
采用脉宽30 ns，能量40 J的调Q掺钕玻璃激光对TC4 钛合金钨极惰性气体(TIG)焊焊缝进行了1～3次的激光冲击强化(LSP)处理，并与未经LSP处理的焊缝的表面显微硬度、焊缝微观组织、接头的拉伸力学性能和拉伸断口的扫描电镜(SEM)照片进行比较，研究LSP处理次数对TC4 钛合金TIG焊焊缝组织性能的影响。结果表明，LSP能够使焊缝横截面靠近材料表面的区域针状α′相数量减少，热影响区靠近材料表面的区域细小等轴晶数量增加；随着LSP处理次数的增加，TC4钛合金 TIG焊接头表面的显微硬度增加；焊接接头的抗拉强度和屈服强度变化不明显，而断后延伸率出现降低趋势。
激光技术 激光冲击处理 TC4钛合金 钨极惰性气体焊焊缝 表面硬度 微观组织 拉伸力学性能
为研究激光功率、扫描速度和光斑直径等因素对38CrMoAlA钢激光相变硬化效果影响的主次程度并对工艺参数进行优化,依据三因素三水平L9(33)正交试验表对该钢的激光相变硬化进行了正交试验,采用双立方二维插值法预测了激光功率和扫描速度对激光相变硬化后表面硬度的影响。结果发现,各因素对表面硬度影响程度的主次顺序为扫描速度、激光功率和光斑直径,其对应的最优水平分别为30 mm/s,1.6 kW和3.5 mm。在上述参数下,激光相变硬化的深度可达0.5 mm以上,其硬化层由表及里可分4层,其中第2层几乎全为马氏体,硬度最高;第4层为马氏体和铁素体混合物,且发生组织粗化,硬度最低。
激光技术 激光相变硬化 正交试验 参数优化 表面硬度 马氏体
