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第1章 绪论 1

1.1 激光修复技术的发展 1

1.1.1 激光熔凝和熔覆过程的数学表达 2

1.1.2 铸铁表面的激光改性研究 5

1.1.3 激光热修复的应用研究 5

1.2 灰铸铁装备材料性质及裂纹失效分析 7

1.2.1 灰铸铁装备的材料及组织特性 7

1.2.2 灰铸铁装备表面裂纹失效分析 8

1.3 灰铸铁激光熔覆中石墨影响机制分析 9

1.3.1 石墨对灰铸铁性能的影响 9

1.3.2 激光修复过程中石墨相的行为变化 12

1.3.3 石墨对激光修复质量的影响 12

1.4 激光修复层结合状态研究及检测方法 13

第2章 激光修复过程描述及数值分析 17

2.1 激光能量热作用数学描述 17

2.1.1 作用过程的热-力学模型 18

2.1.2 模型热边界的优化 20

2.2 激光热修复有限元模型 22

2.2.1 模型的有限元离散 23

2.2.2 修复粉末的动态添加 25

2.2.3 基体底面的约束 26

2.2.4 激光热源的描述 26

2.3 修复过程的热响应规律 28

2.3.1 热修复温度场 29

2.3.2 热修复应力场 32

第3章 灰铸铁表面的激光热修复实验研究 37

3.1 灰铸铁表面激光热修复实验设计 37

3.1.1 实验设备和工艺 37

3.1.2 待修复基体材料 38

3.1.3 修复用合金粉末 40

3.2 热修复区组织特性分析 40

3.2.1 修复区组织形貌 40

3.2.2 石墨相形态特征 46

3.3 热修复试样的断裂特性分析 47

3.3.1 三点弯断试验设计 47

3.3.2 试样断口形貌分析 49

3.3.3 弯断载荷-位移曲线 52

3.4 热修复区的阻裂行为机制 53

3.4.1 修复区阻裂模型 53

3.4.2 开裂方向的偏转 54

第4章 激光热修复过程的影响因素研究 56

4.1 激光热修复基体的尺寸效应 56

4.1.1 基体长度的影响 57

4.1.2 基体宽度的影响 58

4.1.3 基体厚度的影响 59

4.2 环境介质及作用方式的影响分析 61

4.2.1 环境介质的影响 61

4.2.2 作用方式的影响 66

4.3 热修复工艺参数的影响分析 71

4.3.1 对修复区微裂纹的影响 72

4.3.2 对修复区硬度分布的影响 75

第5章 激光熔覆中石墨相的行为变化研究 79

5.1 结合区石墨行为及周围组织特征 79

5.1.1 石墨的不同形态与聚集状态 79

5.1.2 石墨生长方向对组织分布的影响 81

5.2 激光熔覆中石墨相的微裂现象分析 83

5.2.1 石墨相尖端裂纹的萌生 83

5.2.2 石墨相模型的模拟方法 84

5.2.3 石墨相模型的建立及加载 85

5.2.4 石墨相区域的应力分析 87

第6章 激光工艺参数对石墨及环境相的影响 92

6.1 结合区石墨中碳原子的扩散行为 92

6.2 扫描速度对结合区石墨行为变化的影响 93

6.3 不同扫描速度下结合区石墨的形态变化 96

6.4 激光功率对结合区石墨行为变化的影响 101

6.4.1 激光功率对石墨温度环境的影响 101

6.4.2 不同激光功率下结合区石墨的形态变化 102

第7章 石墨及环境相的工艺优化研究 104

7.1 激光二次扫描工艺的提出 104

7.2 激光二次扫描的热力特征分析 106

7.2.1 温度响应过程 106

7.2.2 应力响应过程 109

7.3 二次扫描中石墨及环境相的组织变化 115

7.4 激光二次扫描过程中速度的影响 117

7.4.1 瞬时热应力响应分析 117

7.4.2 残余拉应力响应分析 118

7.5 二次扫描速度对石墨及环境相的影响 122

第8章 激光热修复的局部自预热策略研究 125

8.1 激光局部自预热策略的提出 125

8.1.1 预热策略及模型 125

8.1.2 预热工艺参数 126

8.2 激光局部自预热数值模拟 126

8.2.1 热响应温度场分析 126

8.2.2 热响应应力场分析 127

8.3 激光局部自预热修复实验 130

8.3.1 修复区组织形貌 130

8.3.2 修复区硬度分布 133

第9章 结合强度剪切测量力学特征研究 135

9.1 结合强度测量方法的比较与选定 135

9.1.1 不同结合强度测量方法对激光修复层的适用性 135

9.1.2 结合强度剪切测量方法的选定与描述 136

9.2 结合强度剪切测量方法的力学模型 137

9.2.1 剪切测量方法力学模型的建立 138

9.2.2 力学模型的计算结果分析 140

9.3 剪切测量方法的模型优化 142

9.3.1 力学模型结构的改进 142

9.3.2 力学模型的改进及模拟计算 142

9.3.3 优化模型的应力分析 143

第10章 激光修复层结合强度测试方法设计 148

10.1 修复层强度测试装置设计与制造 148

10.1.1 装置设计 148

10.1.2 装置模型受力分析 153

10.1.3 强度测试装置加工 155

10.1.4 剪切强度测量方法优化及试验分析 156

10.2 结合状态微观检测与综合评价 158

10.2.1 残余奥氏体 158

10.2.2 马氏体 160

10.2.3 石墨 161

10.2.4 结合质量表征方法设计 163

参考文献 166