半钢材料激光强化的裂纹衍生机理与预防机制研究

在合金半钢轧辊的激光强化实践中，影响该技术推广的最大障碍来自于裂纹预防的困难。由于半钢材料含碳量较高，同时富含合金成分，经激光表面改性处理后虽然可以显著提高材料的耐磨性能，但裂纹倾向性异常明显。本项目拟采用数值仿真技术分别针对相变硬化和激光熔覆工艺中材料表面的温度场和应力场进行精确模拟，结合热弹塑性力学和相变的基本理论，综合考虑辊面原始状态（疲劳裂纹和原始应力分布），同时将基体组织中的差异成分模拟成奇异点，获得半钢材料强化层的残余应力分布，建立评价开裂可能性的量化判据。针对材料内部的裂纹萌生规律和扩展过程进行微观动力学分析，通过数值仿真对裂纹的生长状态（预期的扩展尺寸和方向）进行预测，直接架起各种因素（包括激光工艺参数、材料性能等）与裂纹生长率之间的联系，并采用材料学科的测试手段对理论模型进行修正，最终获得接近真实状态的理论结果，进而建立半钢材料实施激光强化并预防裂纹出现的有效机制。