活塞杆表面激光熔覆硬度和残余应力的数值模拟

作     者：张大兵 梁鹏 童昶 刘浩 Zhang Dabing;Liang Peng;Tong Chang;Liu Hao

作者机构：湘潭大学机械工程学院湖南湘潭411105 

出 版 物：《应用激光》 (Applied Laser)

年 卷 期：2023年第43卷第8期

页      面：39-47页

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主　　题：激光熔覆 活塞杆涂层 残余应力 硬度 预热 

摘      要：针对20钢表面采用激光熔覆M2粉末后涂层难以同时获得低残余应力和高硬度的问题,通过建立活塞杆和涂层有限元模型,设定活塞杆不同的预热温度,仿真分析得到不同预热温度下残余应力和硬度的变化规律。结果表明,工件残余应力和硬度与激光熔覆后工件冷却速度有很大的关系,预热辅助可以降低工件冷却速度、减小残余应力,但是同时对涂层硬度有明显影响。激光熔覆前设置活塞杆不同的预热温度并随室温冷却,活塞杆径向和轴向残余应力随着预热温度的升高出现下降趋势。与未预热工况比较,当预热300~475℃时,涂层硬度基本没有变化,熔合区和热影响区硬度减小;当预热500℃时,涂层、熔合区及热影响区硬度都开始明显减小。在相同的室温(20℃)条件下,活塞杆预热至475℃后进行激光熔覆与未预热的工况相比,径向最大残余应力下降了39.8%,轴向最大残余应力下降了42.1%,涂层硬度基本无变化。结论,预热活塞杆温度至475℃后开始激光熔覆有利于降低涂层残余应力,同时可以获得较好的涂层硬度。