圆柱表面激光淬火温度场研究：耦合效应分析

"本文针对圆柱圆周表面激光淬火过程中的温度场问题，提出了一种新的算法，考虑了已淬火区域的残留温度场对新淬火区域温度场的影响。该算法基于激光光束均匀能量分布的假设，利用改进的半无限体移动面热源瞬态温度场模型来计算圆柱圆周表面的激光淬火瞬态温度场。通过计算不同直径圆柱的温度场，分析了温度场耦合对激光淬火温度场形成的影响。结果表明，圆柱的直径大小会影响温度场的耦合程度，进而影响激光淬火的温度场形态。" 激光淬火是一种高精度的表面硬化工艺，通过将高能激光束聚焦在工件表面，使得材料快速加热并迅速冷却，以提高其硬度和耐磨性。在圆柱圆周表面进行激光淬火时，由于激光的快速加热和材料的快速冷却，会形成复杂的温度场。这个温度场不仅受到激光功率、扫描速度等因素影响，还受到已经淬火区域残留温度场的影响。这种影响被称为温度场耦合。 传统的激光淬火温度场计算往往忽视了已淬火区域对新淬火区域的温度影响，而本研究提出的算法则考虑了这一重要因素。算法假设激光光束的能量分布是均匀的，这是基于实际激光设备工作状态的一种简化假设，有助于简化计算。通过对半无限体移动面热源模型的改进，能够更准确地模拟圆柱表面的瞬态温度变化。 通过计算不同直径的圆柱的激光淬火温度场，研究发现圆柱的直径大小会改变温度场的耦合程度。较小直径的圆柱可能由于热量扩散更快，使得耦合效应更为显著，而较大直径的圆柱可能由于更大的热容量和更慢的热量扩散，使得耦合效应减弱。这种耦合现象对于控制激光淬火过程中的温度分布至关重要，因为它直接影响到淬火层的深度、硬度分布以及工件的变形情况。 这项研究对于理解圆柱圆周表面激光淬火过程中温度场的形成机制具有重要意义，也为优化激光淬火工艺参数提供了理论依据。在实际应用中，可以根据不同的工件尺寸和性能要求，通过调整激光参数和考虑温度场耦合效应，以达到理想的淬火效果。同时，这也为未来开发更精确的激光淬火模拟软件和控制策略奠定了基础。