基于溫度控制的半導(dǎo)體直接輸出激光相變硬化研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體激光器功率的不斷提高和光束質(zhì)量的不斷改善，半導(dǎo)體激光器在表面改性中的應(yīng)用越來越廣泛，同時直接輸出的半導(dǎo)體激光器由于其輸出波長較短，光電轉(zhuǎn)化效率和材料吸收率較高等優(yōu)勢，已經(jīng)大量應(yīng)用于汽車、模具、五金、輕工、機械制造等眾多行業(yè)。
　　激光相交硬化技術(shù)作為材料表面改性技術(shù)中的一個重要環(huán)節(jié)，解決了許多常規(guī)熱處理工藝無法解決的難題，其技術(shù)優(yōu)勢越來越明顯。然而，影響激光相變硬化工藝質(zhì)量的因素很多，導(dǎo)致在實際應(yīng)用中控制馬氏體相變層質(zhì)量

2、的難度較大，從而制約了激光相變硬化技術(shù)的應(yīng)用。
　　為了簡化激光相變硬化工藝的探索，提高馬氏體相變硬化層的質(zhì)量，本文根據(jù)溫度可控的激光加工工藝的需求，搭建了可以實現(xiàn)激光加工溫度控制的大功率半導(dǎo)體直接輸出激光加工平臺。在該硬件平臺的基礎(chǔ)上，基于Labwindows/CVI的開發(fā)環(huán)境開發(fā)了可以實現(xiàn)激光加工各工藝參數(shù)數(shù)字化控制的LaserM主控軟件;并且設(shè)計了用于激光加工過程中溫度控制的模糊控制算法。
　　以所開發(fā)裝備為實驗平臺，

3、進(jìn)行了常規(guī)的恒定激光功率輸出模式和溫度控制模式下的激光相變硬化的對比實驗，該實驗表明溫度可控模式下的激光相變硬化層深度和硬度的一致性要優(yōu)于常規(guī)的恒定激光功率輸出模式;進(jìn)行了溫度可控模式下的激光相變硬化工藝的正交實驗，實驗結(jié)果表明，相變硬化層深度與控制溫度和激光光斑寬度呈正相關(guān)，隨著激光掃描速度的增加，硬化層深度先增大后減小;為了得到較深的硬化層深度，并且進(jìn)一步探索掃描速度對激光相變硬化層深度的影響，又進(jìn)行了溫度控制模式下的激光相變硬化工

4、藝優(yōu)化實驗，實驗獲得了硬化層深度為1.25mm左右的相變硬化層;對試樣的金相組織分析表明，受冷卻速度影響產(chǎn)生的激光相變硬化區(qū)成分、組織的差異是造成硬化層深度和硬度不同的原因。
　　為了進(jìn)一步探索掃描速度和激光相變硬化控制溫度對馬氏體相變硬化層的影響，基于非平衡態(tài)的奧氏體轉(zhuǎn)化溫度和馬氏體臨界轉(zhuǎn)化速度兩個條件為馬氏體生成的判斷依據(jù)，建立了基于COMSOL Multiphysics軟件的三維激光相變硬化數(shù)值分析模型，探討了激光加工參數(shù)對