电子束表面改性技术

电子束表面改性技术始于20世纪70年代，其特点是利用高能电子束的热源作用使材料表面温度迅速升高，表层成分和组织结构发生变化，进而提高材料表面硬度，增强耐磨性，改善耐腐蚀性能，从而延长处理零件的服役寿命。近几年，电子束表面抛光和表面强化的研究已成为金属材料表面处理领域内一个新的热点和关注点。

本书从电子束表面改性入手，以数值模型和实验分析为手段，研究了表面重熔、表面相变硬化、表面微熔抛光等改性手段中出现的温度场、应力场、组织场和流场等多场之间的作用机理，并探讨了对金属快速熔化后的晶粒长大过程，分析了各种改性方法热循环过程中各场瞬态变化过程和分布规律对改性效果的影响机制。研究的方法和结论可为电子束调控金属材料表面硬度大小和分布范围、粗糙度、磨损特性，以及实验设备的开发与设计提供参考依据。 本书可供从事材料表面改性、机械设计制造、航空制造等研究领域的科研技术人员和大专院校参考使用。

王荣，女，博士，教授，博士生导师。主要研究方向为新材料新工艺，长期致力于扫描电子束材料表面改性处理的研究。先后主持国家自然科学基金、广西区基金重点项目等项目多项，发表论文50余篇；获得发明专利10余项。

第1章 研究金属材料表面强化的意义与研究现状
1.1 金属材料表面强化的意义
1.2 电子束表面强化处理技术的特点
1.3 电子束表面处理技术与其他高能束的比较
1.4 电子束表面处理技术的分类
1.4.1 按照电子束能量注入方式分
1.4.2 按照表面处理效果分
1.5 电子束表面处理技术的研究现状
1.5.1 脉冲电子束表面处理技术
1.5.2 电子束表面强化仿真
1.5.3 电子束表面强化微观组织的凝固与晶粒生长仿真
1.5.4 表面强化熔池内流体行为与动态凝固特性
1.5.5 电子束表面合金化
1.5.6 电子束多道扫描相变硬化的研究
第2章 扫描电子束铝合金温度场的研究
2.1 电子束表面处理设备与工艺
2.1.1 电子束加工设备的结构与性能
2.1.2 电子束加工设备的基本工作原理
2.1.3 扫描电子束工作方式
2.2 扫描电子束表面处理温度场的基本理论
2.2.1 电子束与材料表面的相互作用
2.2.2 电子束表面处理过程中温度场的形成
2.2.3 描述温度场的基本理论
2.3 扫描电子束铝合金表面处理温度场的仿真
2.3.1 温度场有限元模型的建立
2.3.2 温度场分布规律
2.4 扫描电子束铝合金温度场的实验研究
2.4.1 实验步骤
2.4.2 结果分析
2.5 电子束工艺参数对温度场与熔池大小的影响
2.5.1 束流对温度场与熔池大小的影响
2.5.2 束斑直径对温度场与熔池大小的影响
2.5.3 扫描半径对温度场与熔池大小的影响
第3章 扫描电子束铝合金表面处理应力场的研究
3.1 应力场分析的基本理论
3.2 扫描电子束表面处理应力场的研究
3.2.1 应力场分析有限元模型的建立
3.2.2 高温热力学参数的确定
3.3 应力场的测试与结果分析
3.4 确定高温热力学参数
3.5 应力场实验验证
3.6 电子束工艺参数对应力场的影响
第4章 电子束表面处理熔池温度场与流场的研究
4.1 熔池流场分析的基本理论
4.1.1 流动控制方程
4.1.2 熔池流体流动驱动力
4.2 扫描电子束表面处理温度场仿真
4.2.1 温度场有限元模型的建立
4.2.2 热源、边界条件及与材料有关参数的确定
4.2.3 温度场的分布规律
4.2.4 电子束工艺参数对温度场及熔池大小的影响
4.3 铝合金扫描电子束表面处理熔池流场的研究
4.3.1 熔池流场有限元模型的建立
4.3.2 熔池流场的分布规律
4.4 电子束工艺参数对熔池流场及温度场的影响
4.4.1 束斑直径对熔池流场及温度场的影响
4.4.2 加速电压对熔池流场及温度场的影响
4.4.3 下束时间对熔池流场及温度场的影响
4.4.4 表面张力温度系数对熔池流场及温度场的影响
4.5 扫描电子束铝合金表面处理的实验研究
4.5.1 材料与方法
4.5.2 结果分析
4.5.3 电子束工艺参数对强化层组织和性能的影响
4.5.4 温度场与显微形貌的分析
4.5.5 电子束工艺参数对熔池大小影响的仿真与实验比较
第5章 电子束相变硬化时温度场与组织场双向耦合的研究
5.1 相变硬化时温度场与组织场双向耦合的理论基础
5.1.1 相变硬化过程中耦合行为分析与仿真方法
5.1.2 电子束相变硬化传热过程分析
5.1.3 电子束相变硬化组织转变量的计算
5.2 电子束相变硬化时温度场与组织场双向耦合模型的建立
5.2.1 电子束相变硬化处理过程的物理描述
5.2.2 电子束移动热源的确定
5.2.3 电子束相变硬化温度场模型的建立
5.2.4 电子束相变硬化组织与潜热模型的建立
5.3 电子束相变硬化中温度场与组织场双向耦合的结果分析
5.3.1 电子束相变硬化温度场仿真结果分析
5.3.2 电子束相变组织场仿真结果分析
5.3.3 相变潜热对温度场的影响
5.3.4 电子束相变硬化区尺寸的确定
5.4 电子束相变硬化实验验证与结果分析
5.4.1 材料与方法
5.4.2 结果与分析
第6章 扫描电子束碳素钢表面微熔抛光和强化的研究
6.1 试验材料及测试方法
6.1.1 试验材料
6.1.2 设备与方法
6.2 电子束微熔抛光工艺参数的确定
6.2.1 扫描电子束微熔抛光过程理论分析
6.2.2 扫描电子束表面抛光模型与工艺参数的确定
6.2.3 电子束工艺参数对碳素钢表面粗糙度的影响
6.3 响应面法优化电子束微熔抛光工艺参数
6.3.1 响应面法设计方案的确定
6.3.2 电子束微熔抛光响应面设计方法及分析
6.4 扫描电子束工艺参数对表面抛光质量的影响
6.4.1 参数选择
6.4.2 电子束工艺参数对表面质量的影响
第7章 电子束多道扫描相变硬化温度场与组织场的研究
7.1 电子束多道扫描相变硬化温度场的仿真
7.1.1 电子束多道扫描相变硬化过程的物理描述
7.1.2 温度场仿真模型的建立
7.1.3 结果分析
7.2 电子束多道扫描相变硬化组织场分析