【摘 要】
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关键零部件是各类装备的核心组成部分,直接决定着装备的性能、水平、质量和可靠性,是现代工业赖以生存和发展的基础。轴承是重要的关键零部件之一,被称为“高端装备的关节”,广泛应用于车辆、铁路、矿山机械、精密机床及航空航天等领域,而轴承的机械性能直接决定着其使用寿命和安全性。因此,在轴承的制造和加工过程中需要对其机械性能进行检测,以保证设备的正常运转。激光诱导击穿光谱技术（Laser Induced Br
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关键零部件是各类装备的核心组成部分,直接决定着装备的性能、水平、质量和可靠性,是现代工业赖以生存和发展的基础。轴承是重要的关键零部件之一,被称为“高端装备的关节”,广泛应用于车辆、铁路、矿山机械、精密机床及航空航天等领域,而轴承的机械性能直接决定着其使用寿命和安全性。因此,在轴承的制造和加工过程中需要对其机械性能进行检测,以保证设备的正常运转。激光诱导击穿光谱技术（Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）是利用激光与物质相互作用所产生的发射光谱来对物质进行分析。作为一种新的测量方法,LIBS的检测分析具有无需的样品前处理,非破坏性,近无损等优点,已经广泛应用于各种工业过程监测。LIBS技术可通过收集脉冲激光与金属样品表面的相互作用所激发的等离子体发射光谱数据,对这些被光谱仪收集的光谱数据进行分析,从而实现对金属材料特性的定性定量检测。硬度作为轴承的重要机械性能之一,与其他强度指标和塑性指标之间有着内在联系,硬度值可以间接反映金属强度及金属在化学成分、金相组织和热处理工艺上的差异等。本文通过建立轴承钢的硬度与LIBS光谱特性之间的关联性,探索利用LIBS技术预测轴承钢机械性能的可能性。主要进行了以下几个方面的研究:（1）通过不同的热处理方式制备一系列不同硬度的GCr15钢样品,搭建了LIBS实验设备,通过分析LIBS实验参数对光谱的影响,得出了最优实验参数。（2）研究了不同硬度的GCr15钢的等离子体光谱特性与等离子体物理特性,分析了谱线强度随激光脉冲变化趋势、样品间谱线变化趋势与硬度的关系,比较了各样品的等离子体温度和电子密度,研究了光谱强度与样品硬度之间的关联性,建立起了谱线强度与硬度之间的相关性、谱线强度比与硬度之间的相关性、等离子体的电子温度与硬度之间的相关性,并对其进行了理论解释。（3）利用LIBS实验设备采集不同硬度的GCr15钢样品的面扫描光谱数据,分析了谱线绝对强度均值的表面分布,首先建立了LIBS-RF硬度预测模型,分析了模型参数对其性能的影响。在此基础上,又建立了LIBS-SVR硬度预测回归模型,分析了模型参数对其预测性能的影响,并通过网格搜索方法得到最优的参数,最后将训练的到的模型用于GCr15钢样品硬度的预测。通过本文的研究,为LIBS表征金属材料硬度提供了理论与实践依据,扩展了LIBS技术在金属材料检测领域的应用范围,证明了LIBS技术具有较大的应用前景。
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