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(lái)越廣泛，同時(shí)直接輸出的半導(dǎo)體激光器由于其輸出波長(zhǎng)較短，光電轉(zhuǎn)化效率和材料吸收率較高等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)大量應(yīng)用于汽車、模具、五金、輕工、機(jī)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(gè)重要環(huán)節(jié)，解決了許多常規(guī)熱處理工藝無(wú)法解決的難題，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)越來(lái)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(shí)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(jiǎn)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(shí)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(tái)。在該硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，基于Labwindows/CVI的開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)了可以實(shí)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(jì)了用于激光加工過(guò)程中溫度控制的模糊控制算法。
　　以所開(kāi)發(fā)裝備為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，

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(duì)比實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)獲得了硬化層深度為1.25mm左右的相變硬化層;對(duì)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(duì)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(gè)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(duì)