许洪斌，李小波，胡建军，许天才，凌文凯

(重庆理工大学，重庆400054)

利用三束(激光束、电子束、离子束)进行材料表面改性日益受到人们关注，其中强流脉冲电子束(HCPEB)技术在近几年发展尤为迅速。

电子束高速度撞击需要处理的工件表面，瞬间的能量转换使表层(几个微米到几毫米)温度急剧升高，而“基体”仍保持“冷态”，电子束结束照射时，加热区域的热量迅速向基体扩散，表面层的温度急剧下降，材料表层的迅速升、降温同时导致了热应力的快速变化。这一特殊的改性方法使得材料表层的组织和结构发生明显改变，从而提高表面硬度、耐磨性及耐蚀性等性能［1－4］。由于材料物理与力学性能随温度发生变化，以及温度场和热应力场在时间与空间上的非线性变化，使得难以用数学公式直接进行求解，而有限元模拟是解决这一困难的有效途径，而且还更加直观地展现了电子束改性过程中温度与热应力的变化。

40Cr调质钢因具有优良的综合力学性能而常用作齿轮制造，但齿轮的磨损、弯曲或接触疲劳失效仍旧难以避免。HCPEB以其特殊的改性效果，能使40Cr调质钢表层组织得到细化，表面硬度、耐磨性及耐蚀性得到提高［5－6］。本文以40Cr调质钢为照射材料，利用ANSYS有限元软件，建立了热力直接耦合有限元模型，对电子束重熔过程温度场和热应力场进行分析，揭示出HCPEB改性机制。

1 模拟计算条件

1.1 假设条件

在脉冲电子束重熔过程中，表面材料以极高的升温速率致使材料表层几个微米深度迅速熔化并凝固，其中伴随着复杂的瞬态应力场分布。……