激光冲击处理提高铝合金疲劳性能的机理研究

对激光冲击提高铝合金材料疲劳寿命的微观机理作了初步探讨。实验结果表明铝合金疲劳寿命提高的原因是位错的大量产生和残余压应力的存在。     

AISI 8620合金钢激光冲击强化层摩擦学特性

采用高能量激光束对AISI 8620合金钢表面进行冲击强化,利用CETR UMT-2摩擦磨损试验机对激光冲击试样表面进行磨损试验,并用扫描电子显微镜观察磨痕表面的形貌,研究激光冲击强化技术对AISI 8620合金钢耐磨损性能的影响。结果表明,激光冲击在AISI 8620合金钢表层形成残余压应力层,虽然残余压应力会降低氧化磨损和粘着磨损的抗性,但是会增加疲劳磨损的抗性,使AISI 8620合金钢试样的耐磨性提高1倍,多次冲击耐磨性能会更好。随着载荷的增加,激光冲击的AISI 8620合金钢试样的平均摩擦系数呈现先缓慢减小后缓慢增加的趋势。     

激光冲击对K403合金激光熔覆修复微观组织和性能的影响

针对激光熔覆修复K403镍基高温合金构件组织粗大和力学性能下降的问题,提出采用激光冲击强化技术对修复区进行表面强化。利用SEM观察不同区域微观组织,利用显微硬度、残余应力和高温拉伸强度测试研究其力学性能。结果表明,激光冲击强化细化试样表层晶粒;强化后,试样基体区和熔覆区表面硬度分别提高21%和8%,影响深度约0.8 mm;激光冲击在试样表层引入约610 MPa且均匀分布的残余压应力,影响深度层达1.2 mm,经保温处理后,应力释放约18%,但在表面仍残留较大的残余压应力;激光冲击提高了材料高温拉伸强度约15%,解决了激光熔覆修复K403镍基构件力学性能下降的问题。     

激光冲击处理对柴油机曲轴圆角残余应力影响

为了研究激光冲击处理对曲轴连杆轴颈圆角残余应力的影响,采用激光冲击波对曲轴连杆轴颈圆角进行了强化处理,通过X射线衍射法测试了圆角处残余应力的分布规律,对其产生机理进行了分析,研究了激光冲击处理对抗疲劳和磨损性能的影响。结果表明,激光冲击处理后曲轴圆角表面硬度达到了600HV以上,冲击区表层残余压应力达到320MPa。这有利于提高曲轴的磨损性能和疲劳寿命。     

激光冲击强化对K4030合金叶片疲劳性能的影响

为研究激光冲击强化对K4030合金叶片疲劳性能的影响,对K4030合金片进行了激光冲击强化,并对强化后的试样进行了表面粗糙度、残余应力、微观组织和显微硬度测试,对叶片进行了复合疲劳试验。测试结果表明,冲击强化前后试样的表面粗糙度没有明显变化;试样在距离材料表面1 mm的深度内产生大于450 MPa的残余压应力;试样冲击强化区内晶界处的晶粒得到了细化;试样在距离表面0.8 mm深度内的显微硬度得到了提高,且表面的显微硬度提高了16%。疲劳试验结果表明,激光冲击强化可显著提高K4030合金叶片的复合疲劳安全寿命。     

激光冲击对球墨铸铁表面性能的影响

应用人工神经网络理论,合理选择激光冲击参数,对球墨铸铁QT450-10进行了激光冲击试验,并用扫描电镜和数显硬度仪等进行了分析。结果表明激光冲击使球墨铸铁的表面性能得到明显改善,冲击区表面的平均硬度随冲击次数(1～4)的增加分别增加了34.56％～53.02％,硬化层深约为0.31mm～l47mm。     

无保护层激光冲击对GH3044涡轮机匣围观组织和性能的影响

针对激光冲击强化涡轮机匣部件难以贴覆吸收保护涂层的问题,提出无保护层激光冲击（LSPwC）+水砂纸磨除烧蚀层的复合工艺,研究LSPwC对GH3044合金微观组织和力学性能的影响,验证复合工艺的可行性。采用能谱仪（EDS）、扫描电子显微镜（SEM）和金相显微镜分析试样表层元素组成和微观组织,通过测试残余应力和高周疲劳寿命表征其力学性能。结果表明,LSPwC在试样表层产生约10~15 m的烧蚀层,烧蚀层内碳、氧元素富集且残余拉、压应力交替存在,烧蚀层以下晶粒和碳化物不同程度地均匀细化;相比原始试样,LSPwC对GH3044合金疲劳寿命提升不明显;水砂纸磨除烧蚀层后,试样表面残余压应力约510 MPa,影响深度层达1 mm,疲劳寿命提高到原始试样的3倍。     

激光冲击范围对小孔构件疲劳性能的影响

激光冲击强化能够有效地提高孔结构零件的疲劳寿命。试验中采用较大的冲击区域范围对试样进行激光冲击强化后,发现试样的疲劳寿命降低甚至出现负增益。为此采用有限元分析和试验的方法,研究单面激光冲击范围对铝合金小孔件残余应力场以及疲劳寿命的影响。研究结果表明:激光冲击范围的增大,导致试样沿孔壁方向的应力分布变差,并且残余压应力影响层的深度降低;同时对疲劳拉伸后试样的断口观察发现,随着冲击范围的增大,疲劳裂纹源的位置也随之发生内移。因此对于小孔构件的激光冲击强化,应严格控制激光冲击范围以提高小孔构件的抗疲劳性能。     

激光冲击强化对K4030高温疲劳性能影响

对K4030镍基高温合金涡轮叶片进行了激光冲击强化,研究了激光冲击诱导残余应力场分布、激光冲击引起的表层硬化以及在350℃、500℃和550℃保温下的热稳定性。实验结果表明:激光1次冲击在表层诱导了-625 MPa的残余压应力,影响深度大于1 mm,冲击次数越大,残余应力幅值和影响深度愈大;功率密度和冲击次数显微硬度有较大影响,激光冲击强化后,其显微硬度有大幅度提升,并形成了一定厚度的变形层,增加冲击次数或者增大功率密度都可提高其幅值,在550℃/60 min保温下,残余应力大部分松弛,但是激光冲击强化引起的表层硬化即诱导的微观组织变化具有良好的热稳定性。激光冲击强化提高涡轮叶片高温高低周疲劳寿命达2.4倍。激光冲击强化诱导的残余压应力和晶粒细化是镍基合金疲劳强度提高的主要原因。     

AZ91镁合金激光冲击强化力学性能研究

为了研究激光冲击强化对镁合金力学性能的影响以及不同激光冲击模式的效果,采用双束无叠加钕玻璃脉冲激光对AZ91镁合金进行冲击处理;冲击后在试样表面得到椭圆冲击斑,对光斑形貌和形状进行了观测分析,并与传统单点叠加冲击模式的结果对比。采用Triboindenter纳米压痕仪测试了冲击和未冲击区域的纳米硬度,得到测量值分别为1.59GPa和1.47GPa;采用X2350A型X射线应力衍射仪测试冲击区域残余应力分布情况,并用有限元软件ABAQUS对残余应力进行了数值模拟,得到实验测量和模拟结果在加载区域都有高达-120MPa左右的残余应力分布,且模拟结果与实验结果一致。结果表明,采用双束无叠加冲击模式可以提高冲击效率;激光冲击处理提高了镁合金的纳米硬度和力学性能,增强了其抗外物冲击损伤和抗疲劳性能。     

微激光冲击提高TC17钛合金高周疲劳性能研究

针对钛合金薄构件激光冲击强化过程中由于在叶背部分冲击波反射与耦合降低残余压应力的问题,提出采用微激光冲击强化（μLSP）的方法对TC17钛合金进行强化,利用高周疲劳实验验证其改善效果,从残余应力和疲劳断口形貌观察两个方面讨论分析疲劳性能改善的原因。实验结果表明:与未处理试件相比,微激光冲击强化试件疲劳强度提高了32%。微激光冲击在钛合金试件表层诱导产生一定数值,深度为100 μm厚的残余压应力层;在残余压应力的作用下,疲劳裂纹源内移,同时在其疲劳断口扩展区中有疲劳条带和二次裂纹,这是微激光冲击后TC17钛合金试件疲劳性能改善的主要原因。     

激光冲击强化对TC17钛合金高周疲劳性能的影响

为了研究激光冲击强化对TC17钛合金高周疲劳性能的影响,对TC17钛合金进行激光冲击强化处理,并对处理前后的试样进行了高频疲劳试验,对疲劳断口和形貌用扫描电镜和透射电镜进行了观察。7J能量激光冲击2次后,材料在300MPa下的疲劳寿命相比未处理的材料提高了近2倍;相比于母材试样,强化试样的裂纹源位于次表层深处,扩展区的疲劳条带排列更加紧密。结果表明,激光冲击强化后,试样表面强化区域产生高密度位错和位错缠结。这些缺陷能有效地阻止疲劳裂纹的萌生和扩展,进而改善TC17钛合金的高周疲劳性能。     

激光冲击AM50镁合金残余应力场的有限元分析

为了研究镁合金在激光冲击载荷作用下残余应力场的特征,采用实验测试和有限元分析的方法对激光冲击区的残余应力进行了研究.试验中使用Nd:glass脉冲激光对AM50镁合金表面进行冲击强化处理,当激光功率密度为3GW/cm2时,表面的残余压应力值高达-146MPa,残余压应力层深约0.8mm;用有限元分析软件ABAQUS对残余应力场进行数值计算,得到激光功率密度大于0.49GW/cm2时,将产生残余压应力,随着功率密度的增加,残余压应力值增加并趋于饱和;激光功率密度在1.95GW/cm2～3.06GW/cm2之间时,残余压应力值达到饱和.结果表明,实验测试数据与数值计算结果一致性较好,该结果可为激光冲击参量的优化提供理论依据.     

激光冲击处理提高铝合金性能的研究

本文研究了高功率密度激光冲击处理对ＬＹ１２ＣＸＺ铝合金力学性能的影响，研究表明激光冲击处理可以大幅度地提高该材料的疲劳寿命，并研究了提高疲劳寿命的原因在于提高了该材料的强度，硬度及使微观组织中的位错密度大大提高。     

Fe-Ni恒弹合金激光冲击力学性能异化现象研究

为了研究激光冲击金属材料后,光斑中心区域材料力学性能异化现象,采用钕玻璃脉冲激光器产生的高能脉冲激光冲击强化型Fe-Ni恒弹合金(Ni42CrTiAl)材料。冲击后采用X射线应力仪对恒弹合金试样冲击区域表面进行了X射线衍射分析,测试了冲击区域残余应力分布情况。结果表明,在试样冲击区域产生了很高的残余压应力,且在光斑中心区域,残余应力值要略小于中心周围区域,出现了力学性能反弹现象。采用有限元模拟软件对冲击试验进行有限元模拟,进一步研究冲击诱导的残余应力分布情况;得到冲击区域有很高的残余压应力分布,且光斑中心区域的残余应力值小于其周围区域,模拟结果与测量结果一致。从冲击波运动、反射与逆向作用角度,探索了冲击区域中心出现的材料力学性能反弹现象的形成机理。这一结果对优化激光冲击强化过程和激光参量的选择是有帮助的。     

航空铝合金材料激光冲击强化实验研究

用自行研制的激光冲击强化处理装置对70 5 0航空铝合金两种状态的材料T745 1,T745 2进行了冲击强化试验,对试件进行了表面压应力测试和结构分析,结果显示,试件表面具有较大的残余压应力,材料内部有较高的位错密度。并进行了疲劳强度测试,测试结果的S N曲线表明,在中等的加载强度下,试件的疲劳强度提高到2倍以上。     

激光冲击强化AZ31镁合金表面残余应力分析

为了优选激光冲击工艺参量以获得最大的表面残余压应力,利用激光冲击和塑性变形理论推导出了激光冲击AZ31镁合金表面最大残余压应力公式,并采用ABAQUS有限元软件分析了其激光冲击后的残余应力场。结果表明,获得较大残余压应力场的激光冲击波载荷范围为1.2GPa~1.7GPa,随着载荷的增加,残余应力增加,当载荷在1.4GPa~1.6GPa时,最大残余压应力为125MPa左右;冲击载荷在1.8GPa时,出现轻微的残余应力洞现象;而在大于1.9GPa时,均出现明显的残余应力洞现象;载荷p=1.474GPa时最大残余应力为-128.5MPa。理论推导和有限元分析结果基本一致。     

铝合金小孔件单双面激光冲击强化效果研究

为了研究单双面激光冲击对7050-T7451铝合金小孔件的影响,采用ABAQUS有限元软件分析了单双面强化的残余应力分布,并对比分析了残余应力曲线和单双面强化断口间的对应关系。结果表明,双面强化的残余压应力比单面强化大120MPa,且正反面应力分布更合理;单面强化后疲劳源群位置距强化面达2.54mm,偏离了尺寸中心,而双面强化的疲劳源群大致位于尺寸中心;经单双面激光冲击强化后,试样的疲劳增益分别提高了53.3%和156.2%。该研究对单双面激光冲击强化的参量选择具有一定的指导意义。