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超声辅助激光烧结磨削金刚石材料中的残余应力
摘要： 研究了特殊加工工艺，即金刚石的超声振动辅助激光烧结。该工艺可消除现有超硬砂轮的缺陷。这种复合工艺充分利用了激光烧结和超声振动的优势，使结构均匀化并降低残余应力。在氩气环境中采用镍铬合金通过超声振动辅助激光烧结，将金刚石颗粒添加到45钢基体中。利用金相显微镜观察镍铬合金及磨料金刚石颗粒结合界面的微观结构，采用拉曼光谱评估残余应力。超声振动产生的声流和空化效应细化了熔覆层中的晶粒，其微观结构比未经过超声处理的更为均匀。在磨料金刚石颗粒表面形成的Cr3C2层增强了镍铬合金与金刚石的结合能力，确保了金刚石的隔离与保护，同时超声振动降低了磨料金刚石颗粒内部的残余应力。
关键词： 钻石、激光烧结、超声振动、界面微观结构、残余应力
更新于2025-09-12 10:27:22
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激光熔覆工艺中H13钢基体上相似与异种包覆材料的数值研究
摘要： 最小稀释率、可控热输入以及熔覆层与基体材料间优异的冶金结合，使激光熔覆工艺相比其他传统表面改性技术更具优势。然而，成品部件中产生的残余应力限制了该工艺的应用。本研究采用ANSYS 18多物理场平台建立了数值热力学模型，用于分析比较不同熔覆材料的残余应力。在相同H13工具钢基体上分别采用H13钢、Al2O3和TiC三种熔覆材料。所有试样在X方向上的熔覆层、界面及界面附近基体均呈现拉应力状态。研究发现，由于热应变失配度较低，H13钢表面Al2O3涂层产生的熔覆层残余应力（1220 MPa）低于TiC涂层（1359 MPa）。该分析方法为激光熔覆工艺中选择具有最小残余应力的熔覆层与基体材料组合提供了依据。
关键词： 残余应力、激光熔覆工艺、热历史、材料
更新于2025-09-12 10:27:22
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大型零件激光金属沉积过程中的畸变分析
摘要： 大型部件的激光金属沉积（LMD）技术对航空航天工业而言极具挑战性。该技术每小时可生产数公斤材料且几乎不受部件尺寸限制，因而与传统铸造、焊接和轧制生产工艺形成竞争。大尺寸部件制造的主要难题之一是严重变形。为获得所需尺寸精度并防止增材制造部件断裂，必须评估残余应力与变形情况。通过有限元模拟研究了应力和应变的逐层演化效应，结果表明所开发的模拟程序能成功预测轴对称部件的变形。研究发现增大圆柱体半径会导致侧壁残余径向位移和曲率增加。最高环向拉应力和轴向应力在基材附近达到屈服强度的1.15-1.2倍。若沉积材料延展性较弱（如钛合金），侧壁近基材区域很可能发生断裂。为验证模拟程序精度进行了多次实验测试，通过三维激光扫描仪分析构建部件的形状。
关键词： 残余应力、激光金属沉积、变形、有限元法。
更新于2025-09-12 10:27:22
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2024铝合金的高能飞秒激光喷丸处理
摘要： 采用脉冲能量高达100毫焦的飞秒激光，研究广泛用于航空航天工业的2024铝合金激光喷丸处理的可行性。激光束直接照射未经处理的铝样品表面（空气中进行，未使用任何激光吸收?；ね坎慊虻壤胱犹逶际该鞲哺遣悖Ｑ芯苛寺龀迥芰?、脉冲持续时间和光斑尺寸对喷丸效果的影响。通过光学显微镜和扫描电镜观察激光喷丸样品的表面形貌，采用维氏硬度计测定表面显微硬度，利用X射线衍射法测量表面及选定深度处的残余应力。研究发现：该材料经飞秒激光处理后可在超过100微米深度引入压应力，但表面应力状态未发生显著改变。
关键词： 残余应力、铝合金、硬度、飞秒激光、表面纹理、激光喷丸
更新于2025-09-12 10:27:22
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激光粉末床熔融（L-PBF）工艺制备的AlSi10Mg构件加工诱导残余应力
摘要： 由于对增材制造工艺认知的不断深入以及工业生产新系统的日益普及，基于金属粉末的激光加工工艺（L-PBF）在工业应用中的采用范围持续扩大。使用L-PBF工艺需要对传统零件与增材制造零件的力学性能进行更深入的研究和比较。例如，通过L-PBF制造的金属零件可能需要进行额外的机加工操作，这会改变增材组件的应力状态。本研究采用半破坏性钻孔法，探究了机加工操作对L-PBF制造的AlSi10Mg零件残余应力状态的影响。
关键词： AlSi10Mg，机械加工，钻孔法，残余应力，激光粉末床熔融
更新于2025-09-12 10:27:22
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模具修复用多层激光熔覆的数值分析以确定残余应力和硬度
摘要： 激光熔覆技术相比传统临时性、精度不足的沉积工艺，在修复冷作行业关键结构件（如模具）方面具有显著优势。优质激光熔覆需实现与基材的高结合强度，同时降低稀释率并避免气孔、裂纹和分层等缺陷。该工艺可能因首层熔覆表面叠加第二层而产生复杂问题：包括局部收缩差异、非平面区域叠加添加材料层以及与基材距离增加等，从而导致首层熔覆及基材区域原有残余应力发生改变。熔覆层或熔覆-基材界面区域的拉应力会加速疲劳失效，因此预测与缓解拉应力仍是多层激光熔覆的重要课题。有限元建模是预测最佳工艺参数的有效方法，可评估残余应力分布与微观组织变化。本研究基于ABAQUS?平台，建立了CPM9V粉末在H13工具钢上进行多层激光熔覆的金属-热-力学耦合有限元模型。通过不同工艺条件下截面残余应力演化特征分析，确定了抑制拉应力的最优参数组合。需注意附加熔覆层可能影响硬度，且熔覆层/基材可能出现回火现象。数值模型估算的显微硬度值与维氏硬度计实测数据进行了对比，结果表明：多层熔覆区域的拉应力峰值幅度低于同高度单层熔覆区，且硬度表现更优。
关键词： 残余应力、多层沉积、增材制造、金属热机械模型、显微硬度
更新于2025-09-12 10:27:22
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光纤内激光结构化应力介导半导体颗粒的制备
摘要： 生成受应力半导体颗粒的能力对可调谐半导体及光子器件的发展至关重要。然而，现有无论是自下而上合成还是自上而下制备半导体颗粒的方法都天然缺乏应力效应。本研究报道了一种利用光纤内激光结构材料工程，在封装与独立半导体颗粒上产生可控应力效应的简易方法。我们探究了热致光纤内禀应力的物理机制，并通过控制激光处理实验验证了在颗粒形成过程中精确调控应力状态的可行性。该方法实现了吉帕级内禀应力——这种足够强的刺激能使制备的半导体颗粒产生非弹性形变。由此产生的封装式与独立式受应力半导体颗粒，可广泛应用于光纤内外光电与生物医学领域。
关键词： 内置应力控制、激光冷却速率、残余应力、受应力半导体颗粒、光纤材料工程
更新于2025-09-12 10:27:22
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激光直接金属沉积中归一化稀释极限的无量纲工艺图
摘要： 激光直接金属沉积（DMD）工艺的质量和完整性主要取决于基材稀释度及沉积层残余应力的特性。为确保沉积层与基材间形成可靠的冶金结合，需保证基材有足够的熔化量。熔化不足或过度稀释可能引发不良后果。此外，稀释度还控制着基材中最大拉应力残余区熔合前沿的位置。沉积层中的拉应力残余会损害使用寿命，尤其对采用DMD修复的部件影响显著。通过预测和控制稀释度及残余应力特性（作为工艺参数的函数），可克服这些挑战。 为建立金属直接沉积模型，采用三维耦合金属热力学有限元模型，预测热力相互作用、冶金转变及基材稀释导致的温度场与残余应力分布?；诎捉鸷害卸ɡ?，已识别出影响激光DMD稀释度的无量纲工艺参数。通过回归分析建立金属热力学模型经验公式，关联无量纲参数与稀释度的关系。这些关联式用于构建工艺图形式的等值线图，可预测未熔合区域及过度稀释（基材过度熔化）工况。需注意，稀释度临界值对应沉积层（包覆层）整体处于压应力残余的状态，超过该值将导致过量的基材熔化（不可取）。经测算，归一化稀释度的临界值分别为1（完全沉积-基材熔合）和~1.3（沉积层整体呈现压应力残余）。这些工艺图通过建立理论框架阐明工艺参数的影响机制，为选择确保沉积质量和完整性的合适工艺参数提供决策依据。
关键词： 激光熔覆、残余应力、金属热力有限元模型、工艺图谱、稀释率、无量纲参数
更新于2025-09-12 10:27:22
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激光粉末床熔融制造的316L样品残余应力分布的有限元预测与验证
摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）工艺日益普及，近年来已取得显著进展。然而，由于存在极端热梯度，显著的残余应力不可避免，并可能在部件服役期间造成危害。有效缓解这些应力的关键在于能否准确高效地建立热力学过程模型。研究人员开发了一种简化的有限元建模方法，并将其应用于水平与垂直两种方向构建的圆柱形部件。通过对比部件经切割后的实际变形量与模型预测值，发现两者吻合度良好（误差在5%以内）。该模型还预测了部件最终应力场，进而分析驱动变形的主应力以及两种构建方向结果差异的成因。
关键词： 激光粉末床熔融、残余应力、有限元建模、激光粉末床熔融、变形
更新于2025-09-12 10:27:22
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激光工程化净成形制备Ti6Al4V ELI的残余应力建模与实验分析
摘要： 本文聚焦于激光工程化净成形（LENS）技术激光增材制造过程中残余应力的实验分析与建模。目前增材制造零件采用热处理来降低内部应力，但热处理还能带来额外优势。实验分析重点研究应力消除热处理温度对LENS工艺制备Ti6Al4V ELI试样残余应力的影响。通过Ti6Al4V ELI LENS制件的研究，将展示所选应力消除热处理带来的力学性能可能性。针对Ti6Al4V ELI材料，热处理的主要目标是降低内部应力。鉴于增材制造Ti6Al4V零件的力学特性，为提升疲劳性能和延伸率等力学行为，热处理显得尤为必要。采用光学显微镜、扫描电子显微镜和维氏硬度测试对所得微观组织与硬度进行详细研究。运用COMSOL Multiphysics模型预测原始LENS Ti6Al4V ELI构件的残余应力，以深入理解需通过应力消除热处理方法最小化的Ti6Al4V ELI合金残余应力水平。研究结果显示：应力消除热处理过程中形成的β相在冷却时转变为马氏体α，并出现细密的篮网状组织；LENS Ti6Al4V ELI合金的显微硬度随应力消除热处理温度升高而逐渐降低。计算模型显示最大应力达1.78×10? MPa，该模型强烈推荐采用适合获得最小残余应力Ti6Al4V ELI试样的LENS工艺参数，并进一步提出将模型中获得的残余应力降至理想弹性的可能方法。
关键词： 建模、增材制造、残余应力、热处理、微观组织演变、激光工程化净成形（LENS）
更新于2025-09-12 10:27:22