本书以基于激光熔覆的铸铁装备表面修复再制造研究为主要内容，采取理论分析、数值模拟与实验研究相结合的方法，对激光再制造方法及工艺过程进行探索，解决其中涉及的关键理论和技术问题；对基材修复区、结合区等各典型区域的显微组织特性及其转变、驱动机制和工艺影响因素及其影响规律等进行研究；分析修复区结合强度及局部断裂韧性；探索激光工艺参数对基体石墨及环境相的影响机制并对工艺进行优化。基于研究成果，形成针对灰铸铁材料表面的激光熔覆修复方法和工艺，为铸件装备表面的缺陷修复和改性再制造提供理论和技术支持。
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目录
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序
前言
第1章 绪论1
1.1 激光修复技术的发展1
1.1.1 激光熔凝和熔覆过程的数学表达2
1.1.2 铸铁表面的激光改性研究5
1.1.3 激光热修复的应用研究5
1.2 灰铸铁装备材料性质及裂纹失效分析7
1.2.1 灰铸铁装备的材料及组织特性7
1.2.2 灰铸铁装备表面裂纹失效分析8
1.3 灰铸铁激光熔覆中石墨影响机制分析9
1.3.1 石墨对灰铸铁性能的影响9
1.3.2 激光修复过程中石墨相的行为变化12
1.3.3 石墨对激光修复质量的影响12
1.4 激光修复层结合状态研究及检测方法13
第2章 激光修复过程描述及数值分析17
2.1 激光能量热作用数学描述17
2.1.1 作用过程的热-力学模型18
2.1.2 模型热边界的优化20
2.2 激光热修复有限元模型22
2.2.1 模型的有限元离散23
2.2.2 修复粉末的动态添加25
2.2.3 基体底面的约束26
2.2.4 激光热源的描述26
2.3 修复过程的热响应规律28
2.3.1 热修复温度场29
2.3.2 热修复应力场32
第3章 灰铸铁表面的激光热修复实验研究37
3.1 灰铸铁表面激光热修复实验设计37
3.1.1 实验设备和工艺37
3.1.2 待修复基体材料38
3.1.3 修复用合金粉末40
3.2 热修复区组织特性分析40
3.2.1 修复区组织形貌40
3.2.2 石墨相形态特征46
3.3 热修复试样的断裂特性分析47
3.3.1 三点弯断试验设计47
3.3.2 试样断口形貌分析49
3.3.3 弯断载荷-位移曲线52
3.4 热修复区的阻裂行为机制53
3.4.1 修复区阻裂模型53
3.4.2 开裂方向的偏转54
第4章 激光热修复过程的影响因素研究56
4.1 激光热修复基体的尺寸效应56
4.1.1 基体长度的影响57
4.1.2 基体宽度的影响58
4.1.3 基体厚度的影响59
4.2 环境介质及作用方式的影响分析61
4.2.1 环境介质的影响61
4.2.2 作用方式的影响66
4.3 热修复工艺参数的影响分析71
4.3.1 对修复区微裂纹的影响72
4.3.2 对修复区硬度分布的影响75
第5章 激光熔覆中石墨相的行为变化研究79
5.1 结合区石墨行为及周围组织特征79
5.1.1 石墨的不同形态与聚集状态79
5.1.2 石墨生长方向对组织分布的影响81
5.2 激光熔覆中石墨相的微裂现象分析83
5.2.1 石墨相尖端裂纹的萌生83
5.2.2 石墨相模型的模拟方法84
5.2.3 石墨相模型的建立及加载85
5.2.4 石墨相区域的应力分析87
第6章 激光工艺参数对石墨及环境相的影响92
6.1 结合区石墨中碳原子的扩散行为92
6.2 扫描速度对结合区石墨行为变化的影响93
6.3 不同扫描速度下结合区石墨的形态变化96
6.4 激光功率对结合区石墨行为变化的影响101
6.4.1 激光功率对石墨温度环境的影响101
6.4.2 不同激光功率下结合区石墨的形态变化102
第7章 石墨及环境相的工艺优化研究104
7.1 激光二次扫描工艺的提出104
7.2 激光二次扫描的热力特征分析106
7.2.1 温度响应过程106
7.2.2 应力响应过程109
7.3 二次扫描中石墨及环境相的组织变化115
7.4 激光二次扫描过程中速度的影响117
7.4.1 瞬时热应力响应分析117
7.4.2 残余拉应力响应分析118
7.5 二次扫描速度对石墨及环境相的影响122
第8章 激光热修复的局部自预热策略研究125
8.1 激光局部自预热策略的提出125
8.1.1 预热策略及模型125
8.1.2 预热工艺参数126
8.2 激光局部自预热数值模拟126
8.2.1 热响应温度场分析126
8.2.2 热响应应力场分析127
8.3 激光局部自预热修复实验130
8.3.1 修复区组织形貌130
8.3.2 修复区硬度分布133
第9章 结合强度剪切测量力学特征研究135
9.1 结合强度测量方法的比较与选定135
9.1.1 不同结合强度测量方法对激光修复层的适用性135
9.1.2 结合强度剪切测量方法的选定与描述136
9.2 结合强度剪切测量方法的力学模型137
9.2.1 剪切测量方法力学模型的建立138
9.2.2 力学模型的计算结果分析140
9.3 剪切测量方法的模型优化142
9.3.1 力学模型结构的改进142
9.3.2 力学模型的改进及模拟计算142
9.3.3 优化模型的应力分析143
第10章 激光修复层结合强度测试方法设计148
10.1 修复层强度测试装置设计与制造148
10.1.1 装置设计148
10.1.2 装置模型受力分析153
10.1.3 强度测试装置加工155
10.1.4 剪切强度测量方法优化及试验分析156
10.2 结合状态微观检测与综合评价158
10.2.1 残余奥氏体158
10.2.2 马氏体160
10.2.3 石墨161
10.2.4 结合质量表征方法设计163
参考文献166
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