【正文】 在這四年當(dāng)中，我所學(xué)到的、所努力過的、所為之付出的都將是我寶貴的財富，而所教導(dǎo)過我、幫助過我、支持過我的都將是我源源不斷前進的動力。所以在此我十分衷心地感謝劉老師在此次畢業(yè)設(shè)計過程中所給與的幫助，表達我深深的謝意。⑶ 通過對顯微硬度的分析，得知在經(jīng)過激光重熔后，涂層的顯微硬度遠遠高于母材，提升了大約四倍，而且在不同功率下，隨著功率的升高，涂層的硬度越高。經(jīng)過討論分析，得到如下結(jié)論：⑴ 不同激光功率下涂層組織的細化程度不同，功率越大，組織越細小，越均勻。試樣重熔層的硬度差距雖然不大，但激光掃描功率越大，重熔層硬度越大。三個樣品的基底材料相同，都是珠光體球墨鑄鐵，試驗參數(shù)除激光功率外也全部相同，因此重熔層的區(qū)別與激光功率有關(guān)，激光功率越大，實際上就是加熱溫度越高，因而冷卻速度越快，過冷度越高，形核率也越大，晶體長大速度就降低，單位體積中的晶核數(shù)量就越多，因此晶粒越細。其中有大量的片狀珠光體、石墨、鐵素體、滲碳體等組織。這一形成過程相當(dāng)于熱處理中的淬火處理。在激光重熔的過程中，熱影響區(qū)位于熔池區(qū)的最底部，因此熱影響區(qū)所獲得的能量將遠遠小于熔池區(qū)，熔池對基底的組織形貌會造成一定影響，因此形成熱影響區(qū)，這些能量使得熱影響區(qū)中晶體區(qū)過冷度小于熔池區(qū)內(nèi)晶體的過冷度，這就造成了結(jié)晶轉(zhuǎn)變過程中的不同變化。熔池區(qū)、熱影響區(qū)與基底三大區(qū)域之間有明顯的界限，可以看到組織的漸變過程。 W時試樣橫截面的宏觀形貌 W時，球墨鑄鐵激光重熔區(qū)橫截面在100倍下的組織形貌， W時，球墨鑄鐵激光重熔區(qū)橫截面在100倍下的組織形貌， W時，球墨鑄鐵激光重熔區(qū)橫截面在100倍下的形貌。熱影響區(qū)是由于激光的溫度極高，在重熔過程中，熔池周圍緊鄰的區(qū)域受高溫影響，組織形貌及性能也發(fā)生一定改變，形成熱影響區(qū)。對樣品進行硬度梯度測量， mm測一硬度值，獲得涂層的硬度深度曲線。 顯微硬度測試硬度實驗在實驗研究中有著廣泛的應(yīng)用，因為對材料而言，硬度是一項重要的力學(xué)性能指標，它能反映出材料的彈性塑性。腐蝕的原理是利用化學(xué)試劑對樣品表面進行溶解，因為晶界原子的排列混亂，不穩(wěn)定，原子具有較高的自由能，侵蝕之后晶界處會因侵蝕而下凹?，F(xiàn)在使用的拋光劑大多數(shù)都是金剛石磨料，金剛石具有非常小得顆粒，且表面變形層小，具有較好的拋光質(zhì)量。這樣才能實現(xiàn)最佳的細磨效果，否則容易使得樣品表面不光滑有劃痕而且面不平整。本實驗這一次采用150 ，400 ，600 ，1200 的砂紙進行細磨。 預(yù)磨與拋光（1）粗磨：很明顯，粗磨的目的是大致去除樣品的表面雜物，在已經(jīng)將樣品封裝好之后，我們就要進行這樣一個必要的過程，以便后續(xù)的細磨更好地進行。利用最大輸出功率為5000 W的光纖激光器進行激光重熔，通過調(diào)節(jié)激光功率調(diào)節(jié)器可以設(shè)置不同的功率，本文主要研究激光功率對球墨鑄鐵表面激光重熔層質(zhì)量、微觀組織和性能的影響，實驗所用激光功率分別為1500 W、2000 W和2500 W，其余工藝參數(shù)激光掃描速度固定為6 mm/s，激光束固定為5 mm5 mm的矩形光斑，離焦固定為55 mm。目前國際上商業(yè)化的光纖激光器波長以從原來的800納米拓寬到了如今的超過2000納米，輸出連續(xù)光功率更是從幾百毫瓦提升到了數(shù)千瓦量級[40]。光纖激光器主要由三大部分組成：增益介質(zhì)、光學(xué)諧振腔和泵浦源。切割時需要不斷的冷卻液進行冷卻[3738]。本實驗的樣品采用電火花線切割機，基本原理就是利用自有正離子和電子在電場中積聚，迅速形成一個被電離的導(dǎo)電路，因此在在兩板之間形成電流。2 實驗材料及方法 實驗材料實驗用主要材料為珠光體基底球墨鑄鐵，直徑50 mm，厚度10 mm。與傳統(tǒng)的河流花樣掃描的凸輪相比，這樣既不會在鑄鐵凸輪軸生產(chǎn)期間，消耗太多的額外時間，延長工期，又能得到滿足工業(yè)生產(chǎn)的性能且更佳鑄件凸輪軸[35]。通過鑄造技術(shù)產(chǎn)生的零件一般很少會再進行加工，為近終型零件。只有對激光重熔工藝過程有正確的認識和理解，我們才能通過通過合理的工藝參數(shù)與的工藝控制，以避免重熔層裂紋的產(chǎn)生，使激光重熔的應(yīng)用范圍更加廣泛。 激光重熔的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[3132]相比于激光相變硬化、激光熔覆、激光合金化等耳熟能詳?shù)募す獗砻娓男约夹g(shù)，激光重熔技術(shù)顯得默默無名，事實上激光重熔這個概念直到前些年才被提出。在光斑尺寸確定時，工件表面所處的位置對于重熔層的質(zhì)量也會造成一定影響，可以選擇焦點的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，為了擁有更好的重熔層，一般選擇將材料表面置于焦點外側(cè)。掃描速度不同的情況下，單位時間內(nèi)的熱輸入能量也不同，不同的掃描速度對重熔層組織的冷卻速度會造成影響。在激光重熔過程中，激光功率的參數(shù)極為重要。這些工藝參數(shù)主要有激光輸出功率、激光掃描速度和輻照在工件表面上的光斑尺寸大小。⑹由于激光重熔過程中無論是激光加熱速度，還是冷卻速度都極快，導(dǎo)致其熔化層較薄，熱作用區(qū)小，工件變形小。⑵由于相比電鍍或化學(xué)鍍，激光重熔技術(shù)更加環(huán)保，對環(huán)境污染極小，而且由于不需要進行防污染處理，有利于環(huán)境保護，還可降低成本。 激光重熔的特點激光表面重熔是采用激光照射在金屬表面，使表面發(fā)生熔化，形成熔池，隨后快速冷凝，在金屬表面形成一層均質(zhì)的組織。將金屬表面的激光改性方法進行分類，如圖 所示，可以分為激光表面重熔(LSM)、激光表面熔覆(LSC)、激光表面合金化(LSA)和激光相變硬化(LTH)[28]。這是一項將現(xiàn)代物理學(xué)、計算機、材料科學(xué)、先進制造技術(shù)等方面的成果和知識進行有機結(jié)合后，逐漸成型的技術(shù)。不但產(chǎn)生高結(jié)合強度冶金結(jié)合，而且還獲得均勻細小的顯微組織，由此獲得具有非常優(yōu)異的力學(xué)性能和耐磨、耐蝕性能的表面[2224]。該技術(shù)主要應(yīng)用于鐵基材料，對球墨鑄鐵鑄鐵模具和零件表面進行激光想變硬化，可以形成較硬的耐磨涂層[21]。 球墨鑄鐵表面改性（1）激光表面熔凝處理激光表面熔凝處理是以高能激光束在材料表面連續(xù)掃描，使表面快速熔化，同時組織很高的溫度梯度下，使熔池快速冷卻、凝固，從而使材料表面產(chǎn)生一種具有特殊結(jié)構(gòu)的涂層。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，可以通過增加硅含量和鉻含量提高球墨鑄鐵的抗氧化性能，因為硅和鉻可以形成連續(xù)致密的氧化膜覆蓋在材料的表面。同時，石墨脫落掉后，形成微觀小凹坑，儲存了足夠的潤滑油，也大大減輕了材料的磨損[1617]。球墨鑄鐵的靜載荷性能雖然低于碳鋼但也相差極小，缺口敏感性更是低于鋼[9]。球墨鑄鐵中微量合金元素的存在，使得鑄件中的鐵素體、珠光體等組織發(fā)生改變。其中環(huán)狀鐵素體是由于在凝固過程中，球狀石墨周圍由于擴散作用，碳元素吸附在石墨球表面形成低碳區(qū)，從而形成環(huán)繞石墨球的鐵素體，也就是俗稱的“牛眼”，而塊或網(wǎng)狀的鐵素體分布在珠光團中間。石墨的外廓接近球形，借助掃描電子顯微鏡、深腐燭、熱氧腐燭、離子侵蝕等技術(shù)手段，對球狀石墨的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行觀察分析，可以發(fā)現(xiàn)，石墨球體并非光潔的表面，在表面上可以看到一些凸起和凹槽。（4）等溫淬火球墨鑄鐵：以下貝氏體為主的球墨鑄鐵，將鑄件加熱到840900 ℃，使基體轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體，再將奧氏體淬入250350 ℃的鹽浴中進行等溫，最后取出空冷?？赏ㄟ^退貨處理獲得，擁有較高的塑性和沖擊韌性，不過強度較低。 2006年國內(nèi)球墨鑄鐵年產(chǎn)率（1） 珠光體球墨鑄鐵：珠光體的含量不低于90%的一種球墨鑄鐵。當(dāng)前，隨著能源工業(yè)、汽車行業(yè)、機床工業(yè)、航空航天、石化工業(yè)、海洋工程和核能工業(yè)等行業(yè)的繼續(xù)發(fā)展，對于球墨鑄鐵鑄件的性能要求將不斷提高，同時為了滿足這些各領(lǐng)域的要求，我國球墨鑄鐵在的研究也將會進入一個嶄新的發(fā)展階段。在上世紀50年代后期，陳希圣教授在球墨鑄鐵研究方面進行了具有國際水平的研究工作，并提出了“稀土鎂球墨鑄鐵的基本理論，基本技術(shù)研究項目”。此后，球墨鑄鐵無論是在制造、應(yīng)用或是在研究方面，都進入了快速發(fā)展的階段。數(shù)月之后，K. D. Millis對實驗進行了改進，先在試塊中添Mg，再將硅鐵合金作為孕育劑，最后對試樣進行力學(xué)性能實驗和金相實驗，在試樣中發(fā)現(xiàn)了球狀石墨，而且試樣具有優(yōu)異的力學(xué)性能。1941年，Meehanite公司發(fā)表了研究成果：在鐵水中添加硅鈣合金用作石墨化元素，之后再使用碲元素等作為反石墨化元素，通過這種方式，最終得到的石墨就是球狀石墨。由于球墨鑄鐵中球狀石墨的應(yīng)力集中效應(yīng)遠遠低于灰鑄鐵中片狀石墨的應(yīng)力集中效應(yīng)，因此可以充分發(fā)揮基體金屬材料的塑形和韌性,也使得球墨鑄鐵可以像鋼材一樣，應(yīng)用各種熱處理工藝調(diào)整微觀組織，改善使用性能[6]。往鐵水中添加適量的球化劑（Mg、稀土、稀土鎂等常被用作球化劑）和孕育劑（硅鐵、硅鈣合金為常用的孕育劑），配合恰當(dāng)?shù)那蚧杏夹g(shù)，改變碳元素的生長方式，使碳形核長大，變?yōu)榍驙钍ㄟ^這樣的方式會得到含有球狀石墨的鑄鐵，這樣的鑄鐵被成為現(xiàn)代球墨鑄鐵。其中激光重熔也稱激光熔凝，是利用激光束輻射工件表面形成激光熔池，激光束離開后熔池區(qū)高速冷卻凝固，可以獲得較為細小均勻的組織[1]。人們所謂的“以鐵代鋼”就是指用球墨鑄鐵代替碳素鋼（鐵就是球墨鑄鐵，鋼主要指碳素鋼）。通過對顯微硬度的分析，得知在經(jīng)過激光重熔后，涂層的顯微硬度遠遠高于母材，而且在不同功率下，隨著功率的升高，涂層的硬度越高。雖然球墨鑄鐵鑄件已經(jīng)在所有主要的工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，但是由于球墨鑄鐵的硬度較低，耐腐蝕性能亦較差等缺點，在很大程度上都限制了球墨鑄鐵的應(yīng)用，而對球墨鑄鐵表面進行激光重熔工藝處理，可以有效提高球墨鑄鐵表面的硬度、耐腐蝕性和耐高溫性等，將大大擴展球墨鑄鐵鑄件的應(yīng)用范圍，是一種有著廣大前景的工藝。本文用功率為1500 W、2000 W和2500 W的光纖激光束（光斑直徑為5 mm5 mm），以6 mm/s的掃描速度輻照珠光體球墨鑄鐵表面，然后用VHX600K型超景深三維數(shù)碼顯微分析儀觀察了激光輻照后珠光體球墨鑄鐵表面重熔層及熱影響區(qū)的微觀組織，用HXD1000TM/LCD自動轉(zhuǎn)塔數(shù)顯顯微硬度計測量了珠光體球墨鑄鐵表面激光重熔層橫截面的顯微硬度。涂層中石墨的存在是由于凝固速度過快，少量石墨未能逸出。人們常常通過表面工程技術(shù)對工件表面進行強化，以達到改善工件的表面性能，節(jié)約成本，延長使用壽命的目的。球墨鑄鐵表面激光重熔工藝就是利用激光熔池體積小，熔凝速度快和非接觸非真空加工的特點，在球墨鑄鐵表面通過激光輻射制備冶金結(jié)合的強化層，提高球墨鑄鐵表面的硬度和耐磨性，從而改善材料的表面使用性能[2]。現(xiàn)代球墨鑄鐵中的石墨變?yōu)榱饲驙钍?，與原來相比，其機械性能如硬度、韌性、耐磨性等都顯著提高[4]。 球墨鑄鐵的化學(xué)成分成分含量（wt.%）CSi23MnPS 球墨鑄鐵的發(fā)展（1）國外發(fā)展概況[78]上世紀二十年代末，英國的Morrgoh先是發(fā)現(xiàn)了鑄鐵中的球狀石墨，并于一年之后順利研制出獲得球墨鑄鐵的方法，他的方法是通過在灰鑄鐵（該灰鑄鐵中硫、磷含量較低，碳含量較高）中加入Ce，%以上。1943年4月12日，美國國際鎳公司（簡稱INCO）的科研員K. D. Millis成功獲得了現(xiàn)代球磨鑄鐵的制備方法。Gangnebin等人于1948年5月7日發(fā)表了一篇論文。 鎳硬鑄鐵化學(xué)成分含量表成分含量（%）CSiMnNiCr（2）國內(nèi)發(fā)展概況[10]相比于其他國家，我國在球墨鑄