[发明专利]一种激光织构化铝合金表面硬度预测方法

权利要求书

1.一种激光织构化铝合金表面硬度预测方法，其特征在于，该方法首先基于中心复合试验设计方法进行铝合金激光表面织构加工实验，测量获取不同激光工艺参数下激光织构化铝合金表面的硬度值；其次，建立激光织构化铝合金表面硬度与激光加工工艺参数的多元二次响应面回归模型，根据模型及各工艺参数显著性分析结果，确定激光织构化铝合金表面预测硬度模型，并进行验证实验检验预测模型的正确性；最后，结合铝合金激光表面织构加工实验结果及硬度预测模型，获得关键工艺参数对激光织构化材料表面硬度的影响规律，以及确定工艺参数之间交互作用关系；方法的具体步骤如下：

步骤1：基于中心复合试验设计方法的铝合金激光表面织构实验；

运用中心复合试验设计方法进行响应面分析试验，通过执行结构化的测试集节省实验过程的时间和成本，获得理想的激光表面织构试验结果；选择对铝合金激光织构表面硬度有显著影响的三个关键激光加工工艺参数：激光单脉冲能量密度、激光重复频率和激光扫描速度，进行三因素五水平的M组激光微槽织构加工试验；每组激光织构实验完成后，沿微槽织构方向等距离取五个截面，每个截面微槽左右两侧距离表面A处取两个硬度测量点；记录所选两点的硬度读数，取其平均值作为所在截面的硬度值；去除最大值和最小值后，剩余三个截面硬度值的平均值即为该组工艺参数对应的激光织构化铝合金表面硬度；

步骤2：建立激光织构化铝合金表面硬度与加工工艺参数的多元二次响应面回归模型；针对铝合金表面激光织构化实验的响应曲面建模，采用广义二阶多元回归方程式来逼近相对小区域内的真正函数形式：

式中，η-响应变量，x_i-自变量，i＝1,2,.....k，α₀，α_i，α_ii，和α_ij分别代表截距，线性，二次和相互作用项的回归系数；ε-误差项，通常假设服从正态分布N(0,σ²)；

步骤3：预测模型显著性分析，并进行验证实验检验预测模型的正确性；

利用统计分析软件Design Expert基于步骤1加工试验测量数据对步骤2获得的预测模型进行显著性分析，检验所建模型能否反映加工工艺参数与激光织构化表面硬度之间的关系；要进行N组验证实验以检查模型有效性，每个实验重复三遍；比较实验值和预测值之间的相对误差；

步骤4：确定关键激光加工工艺参数对激光织构化铝合金表面硬度的单因素和多因素交互作用规律；

根据步骤1、步骤3共进行的M+N组激光表面织构加工实验硬度测量结果，分别从单因素和多因素交互作用角度获得关键工艺参数对激光织构化铝合金表面硬度的作用规律；根据激光微槽织构加工试验硬度测量数据，利用公式(1)进行多元回归分析，得到硬度对激光单脉冲能量密度、激光重复频率和激光扫描速度的二次回归方程：

其中，Hv-铝合金激光织构表面硬度，e-激光单脉冲能量密度，f-激光重复频率，v-激光扫描速度。