●序
前言
第1章緒論1
1.1激光修復技術的發展1
1.1.1激光熔凝和熔覆過程的數學表達2
1.1.2鑄鐵表面的激光改性研究5
1.1.3激光熱修復的應用研究5
1.2灰鑄鐵裝備材料性質及裂紋失效分析7
1.2.1灰鑄鐵裝備的材料及組織特性7
1.2.2灰鑄鐵裝備表面裂紋失效分析8
1.3灰鑄鐵激光熔覆中石墨影響機制分析9
1.3.1石墨對灰鑄鐵性能的影響9
1.3.2激光修復過程中石墨相的行為變化12
1.3.3石墨對激光修復質量的影響12
1.4激光修復層結合狀態研究及檢測方法13
第2章激光修復過程描述及數值分析17
2.1激光能量熱作用數學描述17
2.1.1作用過程的熱-力學模型18
2.1.2模型熱邊界的優化20
2.2激光熱修模型22
2.2.1模型離散23
2.2.2修復粉末的動態添加25
2.2.3基體底面的約束26
2.2.4激光熱源的描述26
2.3修復過程的熱響應規律28
2.3.1熱修復溫度場29
2.3.2熱修復應力場32
第3章灰鑄鐵表面的激光熱修復實驗研究37
3.1灰鑄鐵表面激光熱修復實驗設計37
3.1.1實驗設備和工藝37
3.1.2待修復基體材料38
3.1.3修復用合金粉末40
3.2熱修復區組織特性分析40
3.2.1修復區組織形貌40
3.2.2石墨相形態特征46
3.3熱修復試樣的斷裂特性分析47
3.3.1三點彎斷試驗設計47
3.3.2試樣斷口形貌分析49
3.3.3彎斷載荷-位移曲線52
3.4熱修復區的阻裂行為機制53
3.4.1修復區阻裂模型53
3.4.2開裂方向的偏轉54
第4章激光熱修復過程的影響因素研究56
4.1激光熱修復基體的尺寸效應56
4.1.1基體長度的影響57
4.1.2基體寬度的影響58
4.1.3基體厚度的影響59
4.2環境介質及作用方式的影響分析61
4.2.1環境介質的影響61
4.2.2作用方式的影響66
4.3熱修復工藝參數的影響分析71
4.3.1對修復區微裂紋的影響72
4.3.2對修復區硬度分布的影響75
第5章激光熔覆中石墨相的行為變化研究79
5.1結合區石墨行為及周圍組織特征79
5.1.1石墨的不同形態與聚集狀態79
5.1.2石墨生長方向對組織分布的影響81
5.2激光熔覆中石墨相的微裂現像分析83
5.2.1石墨相很好裂紋的萌生83
5.2.2石墨相模型的模擬方法84
5.2.3石墨相模型的建立及加載85
5.2.4石墨相區域的應力分析87
第6章激光工藝參數對石墨及環境相的影響92
6.1結合區石墨中碳原子的擴散行為92
6.2掃描速度對結合區石墨行為變化的影響93
6.3不同掃描速度下結合區石墨的形態變化96
6.4激光功率對結合區石墨行為變化的影響101
6.4.1激光功率對石墨溫度環境的影響101
6.4.2不同激光功率下結合區石墨的形態變化102
第7章石墨及環境相的工藝優化研究104
7.1激光二次掃描工藝的提出104
7.2激光二次掃描的熱力特征分析106
7.2.1溫度響應過程106
7.2.2應力響應過程109
7.3二次掃描中石墨及環境相的組織變化115
7.4激光二次掃描過程中速度的影響117
7.4.1瞬時熱應力響應分析117
7.4.2殘餘拉應力響應分析118
7.5二次掃描速度對石墨及環境相的影響122
第8章激光熱修復的局部自預熱策略研究125
8.1激光局部自預熱策略的提出125
8.1.1預熱策略及模型125
8.1.2預熱工藝參數126
8.2激光局部自預熱數值模擬126
8.2.1熱響應溫度場分析126
8.2.2熱響應應力場分析127
8.3激光局部自預熱修復實驗130
8.3.1修復區組織形貌130
8.3.2修復區硬度分布133
第9章結合強度剪切測量力學特征研究135
9.1結合強度測量方法的比較與選定135
9.1.1不同結合強度測量方法對激光修復層的適用性135
9.1.2結合強度剪切測量方法的選定與描述136
9.2結合強度剪切測量方法的力學模型137
9.2.1剪切測量方法力學模型的建立138
9.2.2力學模型的計算結果分析140
9.3剪切測量方法的模型優化142
9.3.1力學模型結構的改進142
9.3.2力學模型的改進及模擬計算142
9.3.3優化模型的應力分析143
第10章激光修復層結合強度測試方法設計148
10.1修復層強度測試裝置設計與制造148
10.1.1裝置設計148
10.1.2裝置模型受力分析153
10.1.3強度測試裝置加工155
10.1.4剪切強度測量方法優化及試驗分析156
10.2結合狀態微觀檢測與綜合評價158
10.2.1殘餘奧氏體158
10.2.2馬氏體160
10.2.3石墨161
10.2.4結合質量表征方法設計163
參考文獻166

本書以基於激光熔覆的鑄鐵裝備表面修復再制造研究為主要內容，采取理論分析、數值模擬與實驗研究相結合的方法，對激光再制造方法及工藝過程進行探索，解決其中涉及的關鍵理論和技術問題；對基材修復區、結合區等各典型區域的顯微組織特性及其轉變、驅動機制和工藝影響因素及其影響規律等進行研究；分析修復區結合強度及局部斷裂韌性；探索激光工藝參數對基體石墨及環境相的影響機制並對工藝進行優化。基於研究成果，形成針對灰鑄鐵材料表面的激光熔覆修復方法和工藝，為鑄件裝備表面的缺陷修復和改性再制造提供理論和技術支持。