为了研究基于光束离散的激光相变硬化蠕墨铸铁RuT300材料的应力分布状态,构建了离散激光相变硬化RuT300弹塑性本构模型,分析温度对热应力和残余应力的影响。结果表明:材料表面较大的热压应力分布与二维离散点阵光斑相对应,激光快速加热引起的材料各部分温度差异使得模型X轴路径上的热应力呈波浪形分布,离散光斑加载区域的X、Y方向热应力峰值为-635 MPa,约为Z方向的1.8倍,随着深度的增加,模型截面热应力逐渐降低;材料表面激光加载区域的残余应力大于非加载区域,X、Y方向的残余拉应力为主要残余应力,应力值在200 MPa 左右,X轴路径上X方向的残余应力最大;随着激光功率的增加,残余应力峰值增大,材料受较大残余应力影响的区域扩大,延长激光加热时间时,加载区域残余应力峰值的变化幅度在2.4 MPa内。
在现代工业生产中，材料的性能优化与处理工艺的精细化管理是提升产品竞争力的关键。特别是对于应用广泛的蠕墨铸铁材料，如何通过激光技术进行相变硬化处理，进而改善其表面硬度和耐磨性能，是当前研究的热点之一。本文详细探究了基于光束离散的激光相变硬化过程中蠕墨铸铁RuT300的应力场分布特性，并通过数值模拟方法深入分析了温度变化对热应力和残余应力的影响。
为了实现对蠕墨铸铁材料激光相变硬化过程的精确控制，研究团队构建了专门针对RuT300材料的弹塑性本构模型。在此模型的辅助下，模拟并预测了激光束离散化处理时二维点阵光斑照射下蠕墨铸铁的应力场分布情况。通过控制激光束以二维离散点阵的方式照射到材料表面，科研人员能够精确地操控激光能量的分布，从而对材料表面进行精确的温度调控。
研究指出，材料表面在经过激光处理后，形成了较大的热压应力分布，这与光束照射的二维离散点阵形状密切相关。在激光快速加热作用下，材料各部分的温度产生了差异，导致模型X轴路径上的热应力呈现出波浪形的分布特征。而在离散光斑加载的区域内，X、Y方向的热应力峰值可以达到-635 MPa，这相较于Z方向的应力值高出了约1.8倍。
随着材料深度的增加，模型截面的热应力逐渐减小，这是由于热能从表面向内部传导的过程是一个逐渐衰减的过程。此外，激光加载区域的表面残余应力显著高于非加载区域，其中，X、Y方向的残余拉应力为主导，其应力值约为200 MPa。而在X轴路径上，X方向的残余应力值最大。
研究还发现，激光功率的提升会导致残余应力峰值的增大，同时，受较大残余应力影响的区域也随之扩大。而延长激光加热时间时，虽然会对加载区域的残余应力峰值产生一定影响，但其变化幅度相对较小，控制在2.4 MPa以内。
这项研究为理解和优化激光相变硬化工艺提供了重要的理论基础和实践指导。通过数值模拟的方法，不仅可以准确预测激光处理过程中产生的应力分布，还可以实现对硬化效果的精确调控，从而提高材料的整体性能与使用寿命。更为重要的是，这项研究帮助我们在材料处理过程中避免了因应力过大而产生裂纹的风险，对防止生产过程中的潜在质量问题具有重要意义。
将离散激光相变硬化技术与蠕墨铸铁材料的特性结合，可以有效实现对材料表面微结构的精确控制，优化其力学性能，提升产品的整体质量。同时，这一研究方法同样可以应用于其他类型的金属材料，以及激光热处理的其他领域，如汽车、航空航天、模具制造等高精度、高质量要求的工业领域。通过持续研究和技术创新，未来材料科学与工程领域定将在提升材料性能和降低生产成本方面取得更多突破。
