论文摘要
铸铁材料具有生产工艺简单、制造成本低廉、机械性能和铸造性能良好等特点,被广泛应用在汽车及火车的制动系统中,为更好的提高铸铁材料的使用性能,本文以灰铁200（即HT200空冷条件下）、灰铁250（即HT250水膜覆冷条件下）及球铁（即QT600水膜覆冷条件下）为研究对象,根据生物仿生学（以生物系统的结构、性质为理论基础为工程技术研究提供新型设计思想和工作原理的科学）理论分别采用激光表面改性技术（即采用激光加工工艺手段使材料表面获得与基体材料的组织结构、性能不同的一种技术）中的激光熔凝（其冷却方式分别为空冷和水冷两种）技术来提高制动材料的表面性能。本文系统的研究了激光熔凝在不同冷却方式及不同激光加工参数下铸铁材料的组织、性能的变化规律,其影响机理,并对其在激光熔凝处理过程中经常出现的组织缺陷进行了简单的分析研究。通过一系列的试验研究结果表明：对于激光熔凝（空冷条件下）：（1）经过激光熔凝处理的试样,试样组织中有起强化作用的硬质相产生,组织晶粒细小。（2）激光熔凝处理的试样,随着激光功率的增加试样的熔深加深,熔宽加大,组织中的枝晶减小。（3）激光熔凝处理的试样,增大激光的离焦量时,试样的熔深减小,熔宽加大,组织中的枝晶减小。（4）激光熔凝处理的试样,熔凝区试样的的显微硬度是未处理过的试样的2-3倍。（5）激光熔凝处理的试样,试样组织成分未发生改变,但相组成由原始的石墨、Fe3C和铁素体转变为处理后的Fe3C、奥氏体和马氏体。（6）激光熔凝处理的试样的抗热疲劳性能较未经激光处理过的试样有很大提高。（7）激光熔凝处理的试样的摩擦磨损性能较未经过激光处理的试样有很大提高。对于激光熔凝（水冷）：（1）可获得比空冷条件下更高硬度、更高耐磨性、更好抗热疲劳能力、组织更细小的显微组织。（2）增大激光的扫描速度,试样熔凝层的宽度和深度均减小,硬度增加；增大激光加工电流,试样硬度有很大提高。（3）水膜条件下激光熔凝处理得到的仿生单元体面积较小,且改变激光加工参数仿生单元体形状由半圆形（空冷条件下）变为倒置抛物线形（水冷条件下）且单元体表面平整。（4）水膜条件下激光熔凝处理得到的仿生单元体比空冷条件下得到的仿生单元体具有更细小的组织,耐磨性、硬度、抗热疲劳能力更好,且组织中的一些不规则的网状物及针状物溶解改变。在激光熔凝处理实验中使用正交设计理论,得到熔覆区宽度和深度同工艺参数之间的回归方程：QT600的回归方程：HT250的回归方程：HT200的回归方程：激光熔凝加工过程中,特别是激光水介质条件下熔凝层极易产生裂纹和气孔这类缺陷。分析原因主要是由于在激光熔凝过程中,快速加热和冷却,在熔凝层产生了内应力；而气孔则是由于激光熔化过程中所生成的气体,在熔凝层快速凝固条件下不能及时逸出而形成的。