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基于响应面法与满意度函数法的高功率二极管激光表面硬化AISI 410不锈钢多目标优化
摘要： 本研究采用基于响应面法(RSM)的高功率二极管激光器对AISI 410钢进行激光表面淬火。以激光功率、扫描速度和焦平面位置作为输入工艺变量，以硬化区几何尺寸（即硬度深度与宽度）、最大硬度、基体材料深度方向的显微硬度偏差(MHD)以及微观组织中的铁素体相百分比作为工艺输出结果。通过统计分析研究了输入参数对响应变化的影响。结果表明：采用满意度函数法，通过提高激光功率并降低其他参数可获得具有显著渗透深度的高表面硬度及最低铁素体含量。实验测试验证了优化结果的可靠性。在最优工艺条件下，本研究获得的最大硬度为670维氏硬度，最大硬化深度2.2毫米，最小铁素体含量0.45%。
关键词： 激光表面硬化、高功率二极管激光器、实验设计、激光材料加工、优化
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用双相滞后模型对激光表面淬火中的热输入进行逆向估算
摘要： 本研究基于双相滞后模型，采用共轭梯度法估算激光表面淬火过程中未知的时变热输入。随后可获得加热表面的逆向温度变化。通过向介质边界和内部的精确计算温度添加随机误差，生成反演分析所需的模拟实验数据。研究选取两个算例验证所提方法的准确性，并考察测量误差及测点位置对估算结果精度的影响。结果表明：对于本研究的测试案例，无论初始猜测值如何，均可获得时变激光热输入的精确估算。
关键词： 双相滞后、热输入、激光表面硬化、反问题
更新于2025-09-19 17:13:59
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一种针对薄截面100Cr6钢诱导不同热处理条件的激光表面硬化新方法
摘要： 工程钢表面经处理后产生的硬度、微观结构及残余应力对制造工艺和零部件寿命具有重要影响。本研究针对100Cr6轴承钢表面在不同热处理条件下获得的激光处理层展开分析。激光表面淬火处理前，钢材经过球化退火、淬火及回火处理，最终形成由马氏体与残余奥氏体基体中分布球状碳化物的微观结构。实验采用20毫米宽的二极管激光束，在连续波与脉冲波模式下保持恒定峰值激光功率。同时通过工件下方流体接触装置增强传热系数。结果表明：在流体接触条件下采用脉冲波模式处理的表面，由于形成了包含细化球状碳化物（合金纳米碳化物）和马氏体基体中残余奥氏体的精细微观结构，其硬度（1050-1100HV）和压应力（-630±20MPa）提升最为显著，且心部性能得以保留。压应力与处理层显微硬度的增幅取决于马氏体细化程度及基体中分散的合金纳米碳化物含量。无润滑与有润滑条件下的滑动磨损试验显示，处理表面的耐磨性随冷却速率提升而逐步改善——传统淬火回火试样耐磨性最低，而流体接触下脉冲波模式激光处理试样耐磨性最高。相较于未处理试样，流体接触下脉冲波模式激光处理表面在保持心部性能的同时表现出摩擦系数降低的特性。
关键词： 脉冲波，球化碳化物，激光表面硬化，100Cr6轴承钢，残余应力，连续波
更新于2025-09-16 10:30:52
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采用精英非支配排序遗传算法建立EN25钢激光表面硬化数学模型及工艺参数优化
摘要： 所有生产实体的最终目标是选择能实现最大强度、最小磨损和摩擦的工艺参数。摩擦与磨损是多数行业面临的严峻问题，其受工作参数组合、氧化特性及磨损形成机制的影响。通过滑动距离、施加载荷和温度等实验输入参数，可找出优化解决方案以实现摩擦系数、磨损率和体积损失等预期输出响应。本研究采用基于进化算法的精英非支配排序遗传算法（NSGA-II）进行优化，并利用响应面法（RSM）获得的回归方程确定最优工艺参数。进一步将RSM中通过满意度方法获得的结果与NSGA-II优化解进行对比，结果表明所提出的进化技术比满意度方法更高效快捷。
关键词： 激光表面硬化、磨损率、摩擦系数、优化、NSGA-II
更新于2025-09-12 10:27:22
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二极管激光表面处理轴承钢以提高滑动耐磨性能
摘要： 经淬火回火处理的高碳含铬SAE 52100钢级因其高硬度、高强度、良好成形性及低成本等技术优势被广泛应用。然而该材料常出现过度磨损问题。通过激光表面硬化技术对预硬化轴承钢表层进行处理，在不影响基体的前提下进一步提升表面硬度，这种工艺可有效用于汽车工业、机械制造业、风力涡轮机生产及建筑行业所需的轴承制造。52100钢在这些领域广泛应用时，噪声/振动会导致轴承过早失效或需提前更换。此外，重载工况下接触疲劳性能和整体韧性不足的问题也较为明显。研究发现，与连续波(CW)模式相比，脉冲波(PW)模式处理能使碳化物球团部分溶解，实现更优的微观结构细化。PW模式可获得比CW模式高25-30%的峰值硬度，同时保持心部硬度不变。滑动磨损测试表明：激光处理层在润滑与非润滑条件下的耐磨性较未处理试样分别提升五倍和三倍。本研究重点考察了脉冲波(PW)模式对预整体淬火52100轴承钢表面硬化的影响，详细分析了硬化层深度、硬度、微观结构及摩擦学性能。结果表明：PW处理模式在硬度和滑动磨损摩擦学性能方面均有显著提升，从而有效延长了轴承使用寿命。
关键词： 球化碳化物、马氏体、激光表面硬化、轴承钢、脉冲波、连续波
更新于2025-09-11 14:15:04
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AISI 410不锈钢二极管激光表面硬化效果的实验研究及与炉内淬火热处理的对比
摘要： 本研究考察了最大功率1600W的连续波二极管激光对AISI 410马氏体不锈钢进行表面淬火的能力。研究变量参数包括扫描速度(4-7 mm/s)、激光功率(1200-1600 W)和离焦距离(65-75 mm)。工艺输出响应指标包括：显微硬度、硬化层几何尺寸(深度与宽度)、相对于基材的显微硬度偏差(MHD)、通过光学显微镜和场发射扫描电镜分析的激光淬火区微观组织，以及采用Clemex软件测定的AISI 410组织中铁素体相百分比。结果表明：提高激光功率并降低扫描速度可增加表面硬度和硬化层深度；增大离焦距离并降低激光功率则能扩大硬化区域宽度。实验获得最大硬度630 HV0.3（深度2.2 mm）。研究还将炉内淬火热处理与激光淬火工艺进行了对比，包括两种工艺的微观组织、显微硬度及冲击试验比较。结果显示二极管激光淬火硬度是炉内淬火处理的1.4倍。
关键词： 显微硬度偏差，显微硬度，AISI 410马氏体不锈钢，激光表面硬化，二极管激光器
更新于2025-09-11 14:15:04