IMECH-IR  > 先进制造工艺力学重点实验室
扫描式激光加热的热疲劳测试方法及性能表征
Alternative TitleThermal Fatigue Test Method and Performance Characterization by Laser Scanning Heating
李文
Thesis Advisor王之桐
2015
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline材料工程
Abstract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。
Call Number31223
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55133
Collection先进制造工艺力学重点实验室
Recommended Citation
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.
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