激光改性再制造技術

上篇加工設備篇——激光同軸噴嘴
第1章緒論2
1.1激光再制造技術2
1.2送粉方式3
1.2.1側(cè)向送粉3
1.2.2同軸送粉4
1.3同軸送粉噴嘴5
1.4噴嘴氣體流場6
1.5噴嘴粉末流場9
參考文獻11
第2章噴嘴氣體保護范圍13
2.1溫度場13
2.1.1物理模型14
2.1.2熱傳導方程15
2.1.3初始條件和邊界條件15
2.1.4激光熱源16
2.1.5相變潛熱17
2.1.6材料的熱物性參數(shù)18
2.1.7表面吸收系數(shù)19
2.1.8有限元模型19
2.1.9結(jié)果分析20
2.2保護范圍21
2.2.1激光功率對保護范圍的影響22
2.2.2掃描速度對保護范圍的影響23
2.2.3保護范圍24
參考文獻24
第3章噴嘴流場實測方法25
3.1噴嘴氣流PIV實測25
3.1.1PIV測速基本原理25
3.1.2PIV系統(tǒng)27
3.1.3噴嘴氣體流動系統(tǒng)29
3.1.4PIV測試方案29
3.1.5實測結(jié)果30
3.2噴嘴氣流煙霧流動顯示33
3.2.1氣體流動系統(tǒng)34
3.2.2流動顯示系統(tǒng)34
3.2.3側(cè)吹氣流系統(tǒng)34
3.2.4煙霧流動顯示方法35
3.2.5實測結(jié)果36
3.3噴嘴粉末流動37
3.3.1粉末濃度分析原理38
3.3.2實測結(jié)果38
參考文獻39
第4章噴嘴氣體流場40
4.1紊流模型40
4.2控制方程41
4.2.1標準k-ε模型41
4.2.2RNG k-ε模型42
4.3計算區(qū)域及邊界條件43
4.3.1同軸射流及同軸沖擊射流43
4.3.2工件邊緣和側(cè)風44
4.3.3壁面邊界45
4.4網(wǎng)格劃分及數(shù)值解法45
4.4.1網(wǎng)格劃分45
4.4.2數(shù)值解法46
4.5計算模型驗證46
4.5.1同軸射流46
4.5.2同軸沖擊射流48
4.5.3誤差原因分析51
4.6噴嘴氣體流動特征51
4.6.1同軸射流51
4.6.2同軸沖擊射流53
4.7氣流速度變化對流場穩(wěn)定性的影響54
4.8工藝參數(shù)對噴嘴氣體保護性能的影響55
4.8.1噴嘴氣流速度56
4.8.2噴嘴距工件表面距離56
4.8.3工件位置57
4.8.4側(cè)向氣流和噴嘴移動58
參考文獻59
第5章噴嘴粉末流場60
5.1氣固兩相流模型60
5.2粉末流模型61
5.3氣固兩相流場求解62
5.3.1氣相流場的求解62
5.3.2粉末顆粒受力分析63
5.3.3粉末顆粒的紊流擴散64
5.3.4氣相和顆粒相的相互作用65
5.4金屬粉末顆粒特性66
5.5邊界條件及網(wǎng)格劃分68
5.5.1氣體-粉末流的邊界條件68
5.5.2網(wǎng)格劃分68
5.5.3Fluent軟件中的假設69
5.6粉末流場計算模型驗證69
5.7噴嘴結(jié)構參數(shù)對粉末流參數(shù)的影響72
5.7.1粉末通道錐角73
5.7.2粉末通道出口寬度74
5.8送粉參數(shù)對粉末流參數(shù)的影響75
5.8.1送粉量75
5.8.2載氣速度76
5.8.3噴嘴中心及外環(huán)氣流速度77
5.9工件形狀對粉末流的影響78
參考文獻80

中篇改性修理篇——激光梯度去應力改性修理技術
第6章緒論82
6.1FGM的概念83
6.2FGL的設計85
6.3FGL的制備86
6.4FGL的性能評價87
6.5FGL的應用前景和存在的問題87
參考文獻88
第7章FGL物系及結(jié)構優(yōu)化設計89
7.1FGL物系設計89
7.2FGL結(jié)構優(yōu)化設計91
7.2.1成分分布及幾何模型92
7.2.2物性參數(shù)93
7.2.3有限元模型94
7.2.4初始條件和邊界條件94
7.2.5模擬結(jié)果分析96
參考文獻99
第8章FGL激光直接制備100
8.1工藝參數(shù)設計100
8.2工藝參數(shù)對單道單層質(zhì)量的影響102
8.3工藝參數(shù)對單道多層質(zhì)量的影響103
8.4工藝參數(shù)對多道單層質(zhì)量的影響103
8.5工藝參數(shù)對多道多層質(zhì)量的影響105
8.6FGL的制備105
參考文獻107
第9章FGL組織和相結(jié)構108
9.1微觀組織108
9.1.1FGL單道單層截面形貌108
9.1.2FGL微觀組織110
9.1.3凝固過程和晶體結(jié)構對增強體TiC生長形態(tài)的影響113
9.2生成相114
參考文獻116
第10章FGL性能評價117
10.1力學性能測試117
10.2常溫耐磨性能測試118
10.2.1強化機制119
10.2.2摩擦磨損機制120
10.3常溫腐蝕測試122
10.3.1EXCO溶液全浸實驗122
10.3.2在海水溶液中的電化學行為123
10.4高溫腐蝕性能測試129
10.4.1高溫腐蝕動力學129
10.4.2XRD相結(jié)構分析131
10.4.3FGL和Ti600基體腐蝕產(chǎn)物顯微結(jié)構分析133
10.4.4高溫腐蝕機理分析134
10.5高溫氧化性能測試140
10.5.1恒溫氧化動力學140
10.5.2XRD相結(jié)構分析143
10.5.3FGL和Ti600基體氧化層顯微結(jié)構分析145
10.5.4高溫氧化機理分析146
10.6抗熱震、熱疲勞測試152
參考文獻155

下篇控性修理篇——激光定向凝固控性修理技術
第11章緒論158
11.1定向凝固的晶體學原理159
11.2定向凝固界面形態(tài)160
11.3定向凝固合金的微觀組織及形成機理163
11.4晶粒定向生長理論計算164
11.5快速定向凝固技術165
參考文獻167
第12章定向凝固熔覆層柱狀晶幾何參數(shù)的影響因素169
12.1掃描速度對柱狀晶幾何參數(shù)的影響170
12.1.1影響規(guī)律170
12.1.2關聯(lián)分析170
12.2電流對柱狀晶幾何參數(shù)的影響175
12.2.1影響規(guī)律175
12.2.2關聯(lián)分析176
12.3脈寬對柱狀晶幾何參數(shù)的影響177
12.3.1影響規(guī)律177
12.3.2關聯(lián)分析177
12.4頻率對柱狀晶幾何參數(shù)的影響178
12.4.1影響規(guī)律178
12.4.2關聯(lián)分析178
12.5定向凝固邊界條件180
12.5.1激光功率密度180
12.5.2搭接率182
參考文獻183
第13章熔覆層組織和結(jié)晶取向185
13.1橫向顯微組織185
13.2縱向顯微組織186
13.3三維立體成型187
第14章基材結(jié)晶方向的影響189
14.1非擇優(yōu)取向189
14.2非定向凝固基材190
第15章合金元素對熔覆層柱狀晶組織的影響192
15.1Mo對柱狀晶組織的影響192
15.2Al對柱狀晶組織的影響194
15.3Fe對柱狀晶組織的影響195
15.4Ti對柱狀晶組織的影響196
15.5W對柱狀晶組織的影響198
15.6關聯(lián)分析200