激光表面淬火是一种利用高能密度激光束扫描金属工件,使其表面瞬间形成奥氏体,随后在快速冷却过程中获得含有细小马氏体组织硬化层的热处理技术。在工件体积小、拆卸难度大、受热易变形等复杂工况下具有传统淬火技术无法替代的优势。本文重点从两个方面探究了激光表面淬火过程中不同加工参数和冷却方式,对W6Mo5Cr4V2高速钢残余应力场和温度场分布以及微观晶粒尺寸的影响规律。首先,应用Procast软件模拟均匀分布激光点热源作用下的表面淬火过程,对比两种冷却条件下,对流换热系数与初始水温对晶粒细化效果的影响。接着,借助ANSYS Workbench仿真模拟软件,采用移动高斯热源模拟激光表面淬火过程,探究激光加工参数对温度场和残余应力场分布的影响。模拟结果及主要结论如下:激光功率对晶粒细化效果的影响较大,随着功率增大,晶粒尺寸有明显细化趋势;激光功率密度是影响硬化层分布形态的主要因素,在激光功率一定的条件下,采用均匀分布的激光热源能有效改善硬化层厚度分布不均的问题。冷却速度是产生残余应力的主要原因并且对晶粒细化效果影响较大,水冷条件下,冷却速度达到1.3×103℃/s以上时晶粒细化效果明显,残余应力主要集中在光斑中心区域,平均晶粒尺寸可达到5.4μm。对比了激光加工参数对温度场分布以及残余应力的影响,其中激光功率和光斑尺寸对温度场分布和残余应力的影响较大。在一定范围内,温度峰值与残余应力均随激光功率的增大而增大,残余应力随激光功率的增大而减小,增大光斑尺寸温度峰值下降明显;增大激光功率热影响深度明显加深,激光光斑和扫描速度对厚度方向上的热量分布影响较小。