第1章 引论 1
1.1激光熔覆与绿色再制造 1
1.2激光熔覆技术研究现状 3
1.3机械制造领域的热损伤研究 6
1.4再制造产品的寿命评估方法 8
第2章 激光熔覆热损伤的相变分析 12
2.1材料相变热力学 12
2.1.1相变及其分类 12
2.1.2相变驱动力与新相的形成 14
2.2材料相变动力学 17
2.2.1相变形核率 17
2.2.2新相的长大 18
2.2.3新相转变体积分数 20
2.3激光熔覆后材料的金相形貌 21
2.3.1激光与材料相互作用 21
2.3.2激光熔覆过程中的能量分配 22
2.3.3熔覆层金相形貌 23
2.3.4基体上的金相形貌 25
第3章 激光熔覆的数值仿真分析 29
3.1激光熔覆仿真简介 29
3.2有限元模型描述 29
3.2.1物理模型及假设 29
3.2.2热源模型及其加载 32
3.2.3热传递的基本方式及边界条件 33
3.3温度场仿真结果 34
3.3.1激光功率对温度场的影响 35
3.3.2扫描速度对温度场的影响 40
3.3.3光斑直径对温度场的影响 44
3.3.4温控基体热影响范围 46
3.4残余应力仿真结果 47
3.4.1热力耦合的理论关系 47
3.4.2熔覆残余应力的共性特征 48
3.4.3各参数对残余应力的影响 52
3.4.4应力仿真结论 59
第4章 激光熔覆热损伤量化评定模型 61
4.1熔覆热损伤试验论证 61
4.1.1试验方案 61
4.1.2静强度试验 62
4.1.3疲劳试验 65
4.2热损伤定量评估模型 68
4.2.1非连续性损伤因子 68
4.2.2显微硬度损伤因子 69
4.2.3残余应力损伤因子 72
4.2.4热损伤程度量化评定综合模型 74
4.3参量模型应用 75
4.3.1硬度损伤因子 75
4.3.2应力损伤因子 80
第5章 基于无损检测的再制造热-疲劳耦合损伤研究 83
5.1无损检测技术的选择 83
5.2磁记忆技术的基本理论 84
5.2.1磁致伸缩与磁机械效应 84
5.2.2铁磁工件的自发磁化 85
5.2.3磁记忆检测原理 86
5.3激光表面处理热损伤磁记忆相关性研究 88
5.3.1试验方案 88
5.3.2基于疲劳累积损伤的磁记忆检测结果 89
5.3.3基于疲劳累积损伤的热损伤磁信号检测结果 92
5.3.4结果探讨 94
5.4激光熔覆热-疲劳耦合损伤金属磁记忆检测 96
5.4.1激光熔覆试件制备 96
5.4.2激光熔覆试件初始热损伤检测 96
5.4.3熔覆试件热疲劳耦合损伤检测 100
第6章 激光熔覆工艺基础及其再制造应用 105
6.1单道熔覆几何特征 105
6.1.1粉末流对激光的衰减作用 105
6.1.2熔覆层几何特征数学模型 107
6.2单道熔覆试验研究 111
6.2.1试验条件 111
6.2.2工艺参数选择 111
6.2.3试验结果分析 112
6.3基于回归正交试验的模型修正 120
6.3.1激光熔覆几何特征模型修正方法 120
6.3.2二次回归正交试验设计及回归方程分析 121
6.3.3修正模型及模型精度检验 127
6.4激光熔覆几何特征与再制造应用 131
6.4.1激光熔覆再制造工艺规划 131
6.4.2单道几何特征模型在工艺规划中的应用 136
第7章 再制造毛坯损伤与剩余寿命评估 140
7.1疲劳累积损伤理论 140
7.2疲劳寿命评估方法 141
7.2.1名义应力法 142
7.2.2局部应力-应变法 142
7.3再制造毛坯损伤与剩余寿命评估模型 143
7.3.1非线性疲劳累积损伤模型修正 144
7.3.2修正模型材料参数的确定 145
7.3.3再制造毛坯剩余寿命评估 147
第8章 激光熔覆再制造产品寿命评估 150
8.1激光熔覆热-疲劳耦合损伤评估模型 150
8.1.1Chaboche非线性连续疲劳累积损伤模型修正 150
8.1.2模型材料参数的确定 151
8.1.3激光熔覆热—疲劳耦合损伤评估研究 152
8.1.4基于非线性连续损伤的激光熔覆再制造试件寿命评估 154
8.2基于能量法的激光熔覆再制造试件寿命评估 156
8.2.1常用能量法简介 156
8.2.2激光熔覆试件疲劳裂纹萌生寿命评估 158
8.2.3激光熔覆试件疲劳裂纹扩展寿命评估 161
8.3铁路车轮激光熔覆再制造寿命评估 162
8.3.1铁路车轮常见损伤 162
8.3.2铁路车轮损伤评估常用模型 167
8.3.3再制造铁路车轮损伤及寿命评估 169
参考文献 175