摘要浙江工业大学硕士学位论文PAGE\*MERGEFORMATVIIIPAGE\*MERGEFORMATV硕士学位论文论文题目：基于温度控制的半导体直接输出激光相变硬化研究作者姓名指导教师学科专业机械工程所在学院机械工程学院提交日期2015年4月浙江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在_____年解密后适用本授权书。2．不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日基于温度控制的半导体直接输出激光相变硬化研究摘要随着半导体激光器功率的不断提高和光束质量的不断改善，半导体激光器在表面改性中的应用越来越广泛，同时直接输出的半导体激光器由于其输出波长较短，光电转化效率和材料吸收率较高等优势，已经大量应用于汽车、模具、五金、轻工、机械制造等众多行业。激光相变硬化技术作为材料表面改性技术中的一个重要环节，解决了许多常规热处理工艺无法解决的难题，其技术优势越来越明显。然而，影响激光相变硬化工艺质量的因素很多，导致在实际应用中控制马氏体相变层质量的难度较大，从而制约了激光相变硬化技术的应用。为了简化激光相变硬化工艺的探索，提高马氏体相变硬化层的质量，本文根据温度可控的激光加工工艺的需求，搭建了可以实现激光加工温度控制的大功率半导体直接输出激光加工平台。在该硬件平台的基础上，基于Labwindows/CVI的开发环境开发了可以实现激光加工各工艺参数数字化控制的LaserM主控软件；并且设计了用于激光加工过程中温度控制的模糊控制算法。以所开发装备为实验平台，进行了常规的恒定激光功率输出模式和温度控制模式下的激光相变硬化的对比实验，该实验表明温度可控模式下的激光相变硬化层深度和硬度的一致性要优于常规的恒定激光功率输出模式；进行了温度可控模式下的激光相变硬化工艺的正交实验，实验结果表明，相变硬化层深度与控制温度和激光光斑宽度呈正相关，随着激光扫描速度的增加，硬化层深度先增大后减小；为了得到较深的硬化层深度，并且进一步探索扫描速度对激光相变硬化层深度的影响，又进行了温度控制模式下的激光相变硬化工艺优化实验，实验获得了硬化层深度为1.25mm左右的相变硬化层；对试样的金相组织分析表明，受冷却速度影响产生的激光相变硬化区成分、组织的差异是造成硬化层深度和硬度不同的原因。为了进一步探索扫描速度和激光相变硬化控制温度对马氏体相变硬化层的影响，基于非平衡态的奥氏体转化温度和马氏体临界转化速度两个条件为马氏体生成的判断依据，建立了基于COMSOLMultiphysics软件的三维激光相变硬化数值分析模型，探讨了激光加工参数对硬化层深度的影响，与实验结果对比发现，该模型能够较为准确预测温度控制模式下的激光相变硬化层深度。关键词：相变硬化，半导体激光器，温度控制模式，硬化层深度RESEARCHOFSEMICONDUCTORDIRECTOUTPUTLASERTRANSFORMATIONHARDENINGBASEDONTEMPERATURECONTROLABSTRACTWiththeimprovementofthesemiconductorlaserpowerandbeamquality,thesemiconductorlasershavebeenwidelyusedintheapplicationofsurfacemodification.Atthesametime,directoutputsemiconductorlaserhasalotofapplicationsinautomobile,mould,hardware,lightindustry,machinerymanufacturing,andmanyotherindust