扫描式激光加热的热疲劳测试方法及性能表征

CORC > 力学研究所 > 中国科学院力学研究所 > 先进制造工艺力学重点实验室

题名	扫描式激光加热的热疲劳测试方法及性能表征
作者	李文
学位类别	硕士
答辩日期	2015
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	王之桐
其他题名	Thermal Fatigue Test Method and Performance Characterization by Laser Scanning Heating
学位专业	材料工程
中文摘要	铝铸轧辊套在使用中受到强烈的热冲击，容易产生以热疲劳裂纹为主的失效，点状强化因为诸多优点而具有广泛的应用前景。由于常规热疲劳实验尚难评价点状强化的效果，不能有效地模拟辊套载荷条件、约束条件和应力状态，且效率较低，因此研究新的热疲劳方法具有重要意义。本文采用有限元分析和实验相结合的方式，设计了一种扫描式激光加热激光的热疲劳测试方法，并研制了一套设备。使用该方法和设备能有效模拟辊套载荷条件、约束条件和受力情况，可以对辊套材料的热疲劳行为进行研究，特别适合研究材料表面点状合金化后的热疲劳性能。通过设计光束变换元件和试样夹具，并利用现有的激光器及移动平台，集成了一套激光热疲劳设备。根据有限元分析的结果，选取了形状为6.7mm*0.6mm的椭圆形光斑，该光斑移动速度为600mm/min，光斑往复扫描式加热。本文以32Cr3Mo1V材料及其表面点状Cr合金化试样为对象，研究了该热疲劳测试方法的物理过程，验证了该方法的有效性，并研究了Cr合金点的热疲劳行为。在扫描式激光加热的热疲劳实验过程中，激光烧蚀消耗了材料表层的Cr元素，在局部出现激光点蚀坑，随后在激光点蚀坑附近形成裂纹，并向两侧扩展。在热疲劳过程中，由于材料对激光吸收率的变化，随着材料表面氧化程度的加重，材料表面的最高温度和应力逐渐升高。可以认为在初始阶段，材料表面的热应力小于屈服极限，属于高周应力疲劳机理，而后发生的是低周应变疲劳机理。通过测量绘制裂纹扩展曲线和对比裂纹密度，表征了合金点对32Cr3Mo1V表面点状合金化试样的热疲劳性能的影响。低温回火合金点热影响区的高硬度阻滞了裂纹扩展，使裂纹的扩展速度比基体降低了约一个量级；低温回火和高温回火合金点内部均未发现裂纹，此时对称位置的基材已经严重开裂。通过裂纹扩展速率，表征了合金点对裂纹的阻滞作用；通过裂纹密度，表征了合金点的热疲劳性能高于基体。点状合金化后试样的整体热疲劳性能高于基材。激光热疲劳方法具有较高的效率。该方法的一个疲劳循环周期仅需要3.6s，和常规热疲劳方法一个疲劳循环周期耗费5-10分钟相比，效率提高约了80-160倍。
索取号	31223
语种	中文
公开日期	2015-08-31
内容类型	学位论文
源URL	[http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55133]
专题	力学研究所_先进制造工艺力学重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	李文. 扫描式激光加热的热疲劳测试方法及性能表征[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.