激光冲击强化对激光增材TC4钛合金组织和抗氧化性的影响

近年来,激光增材制造技术(3D打印)成为科学研究及工业应用领域的热点。为了研究激光冲击强化对增材制造TC4钛合金性能的影响,本文采用能量为5 J,波长为1 064 nm,脉宽为10 ns,光斑直径为3 mm的脉冲激光对3D打印TC4钛合金进行激光冲击强化,分析了激光冲击强化前后材料的显微硬度、显微组织、残余应力以及高温氧化性能。结果表明,经过激光冲击强化后,材料的显微硬度比激光冲击强化前提高了8%,影响层深度达到0.4 mm,强化区域的晶粒得到细化,位错增多,并产生形变孪晶;激光冲击强化的残余压应力数值高达472 MPa,材料的高温抗氧化性能也得到改善。     

微激光冲击DZ17G合金的表面完整性影响研究

为了在不影响柱状晶组织的前提下改善DZ17G定向凝固合金的力学性能,采用微激光冲击强化方法进行表面处理,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和显微硬度计,测试分析微激光冲击对DZ17G定向凝固合金表面完整性的影响。试验结果表明：在水下无吸收保护层微激光冲击处理后,合金表面发生了烧蚀、熔融,1次冲击后形成光滑熔融区,但随着冲击次数增加而形成了大量微小烧蚀孔洞和难熔颗粒;表层组织仍由和两相组成,柱状晶内形成了高密度位错和位错缠结,但未发生晶粒细化;硬度在深度上呈梯度分布,冲击1次后硬化层深度仅为100 m,表面硬度值达到503 HV,提高了22.7%,而且硬度值和硬化层深度都随着冲击次数增加而增大。     

微激光冲击DZ17G合金的表面完整性影响研究

为了在不影响柱状晶组织的前提下改善DZ17G定向凝固合金的力学性能,采用微激光冲击强化方法进行表面处理,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和显微硬度计,测试分析微激光冲击对DZ17G定向凝固合金表面完整性的影响。试验结果表明:在水下无吸收保护层微激光冲击处理后,合金表面发生了烧蚀、熔融,1次冲击后形成光滑熔融区,但随着冲击次数增加而形成了大量微小烧蚀孔洞和难熔颗粒;表层组织仍由和两相组成,柱状晶内形成了高密度位错和位错缠结,但未发生晶粒细化;硬度在深度上呈梯度分布,冲击1次后硬化层深度仅为100 m,表面硬度值达到503 HV,提高了22.7%,而且硬度值和硬化层深度都随着冲击次数增加而增大。     

激光喷丸强化IN718合金晶粒重排与疲劳特性

为了揭示激光喷丸(LP)强化IN718合金疲劳寿命增益的机制,研究了合金喷丸前后晶粒重排与疲劳特性的关系。结果表明,LP后试样表层的塑性形变深度最大可达33.7μm,合金的最大疲劳寿命增益可达188%;激光冲击波诱导产生的表层残余压应力随激光功率密度的增大而增大,但增幅逐渐减小;疲劳试验后,表层残余应力出现了52%的释放;LP后试样表层晶粒出现细化现象,细化深度达到175μm;位错滑移和位错攀移以及孪晶等共同作用使原始晶粒内形成了亚晶粒,最终细化了晶粒组织。     

激光喷丸改善TC6钛合金组织和力学性能

为了使激光冲击强化技术能较好地应用于TC6钛合金的发动机叶片,对TC6钛合金进行试验研究。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜等测试技术分析了不同参数下TC6钛合金的微观组织变化,用显微硬度计和残余应力测试仪分别表征表层硬度和残余应力变化,并测试材料冲击后的振动高周疲劳性能。试验结果表明：激光冲击材料后表面组织得到明显细化,随着冲击次数的增加,先后出现了高密度位错、位错胞、亚晶和纳米晶。性能方面,表面硬度在冲击一次即可提高19%,硬度影响深度达到700 m;与此同时表面残余应力最高达到-608.5 MPa,在500 m深度上仍具有-100 MPa左右的应力存在。经三次冲击后,标准疲劳试片的疲劳极限提高近20%。     

激光喷丸改善TC6钛合金组织和力学性能

为了使激光冲击强化技术能较好地应用于TC6钛合金的发动机叶片,对TC6钛合金进行试验研究。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜等测试技术分析了不同参数下TC6钛合金的微观组织变化,用显微硬度计和残余应力测试仪分别表征表层硬度和残余应力变化,并测试材料冲击后的振动高周疲劳性能。试验结果表明:激光冲击材料后表面组织得到明显细化,随着冲击次数的增加,先后出现了高密度位错、位错胞、亚晶和纳米晶。性能方面,表面硬度在冲击一次即可提高19%,硬度影响深度达到700 m;与此同时表面残余应力最高达到-608.5 MPa,在500 m深度上仍具有-100 MPa左右的应力存在。经三次冲击后,标准疲劳试片的疲劳极限提高近20%。     

激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复微观组织的影响

为研究激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复层微观组织的影响,选用专用金属粉末对E690高强钢试样预制凹坑进行激光熔覆修复,并使用脉冲激光对激光熔覆层进行冲击强化处理,同时采用扫描电镜、透射电镜和X射线应力分析仪分别对激光冲击前后激光熔覆层的微观组织和表面残余应力进行检测。结果表明:激光熔覆修复后,激光熔覆层组织为等轴晶,熔覆层与E690高强钢基体之间冶金结合良好,其表面残余应力为均匀分布的压应力。经激光冲击后,激光熔覆层截面晶粒得到细化,并观察到大量的形变孪晶,互相平行的孪晶界分割熔覆层粗大晶粒,在激光熔覆层的晶粒细化过程中发挥着重要作用;试样表层位错在{110}滑移面上发生交滑移,在晶界周围形成了位错缠结。经激光冲击后,激光熔覆层冲击区域表面残余压应力数值相较于冲击前提升了1.1倍。     

TC6钛合金激光喷丸组织演变与表面强化机理

研究了激光喷丸(LP)TC6钛合金的组织演变对表面强度的影响机理。结果表明,LP后材料表面的显微硬度和残余应力均随功率密度的增加而增大,LP引起的硬度影响层和残余应力影响层的深度也随功率密度的增加而增大,且影响层深度为500~600μm。LP对TC6钛合金强度的影响机理包括细晶强化和位错强化,晶粒细化使大角度和小角度晶界增多,而晶界能阻止材料发生屈服;LP产生的高密度位错可使材料的屈服强度提高,阻碍位错的运动,抑制裂纹的萌生,从而使材料的力学性能提高。     

激光冲击对不锈钢焊接接头残余应力场的影响

针对不锈钢焊接接头存在残余应力且分布不均匀、容易发生应力腐蚀的问题,采用激光冲击强化对其进行处理,探究激光功率密度和冲击次数对表面残余应力状态的优化作用,并通过应力腐蚀试验验证优化效果。结果表明：随着功率密度增加,表面残余应力明显下降,但下降幅度逐渐减小,功率密度4.24 GW/cm2与2.83 GW/cm2冲击产生的残余应力相差不大,熔合区还存在残余拉应力,说明高功率密度不足以消除表面残余拉应力;随着冲击次数增加,残余拉应力显著降低,2.83 GW/cm2冲击3次之后,残余拉应力完全消除,局部最高应力梯度从54.7 MPa/mm下降到11.7 MPa/mm,获得了高数值、分布均匀的残余压应力层。激光冲击强化后,焊接试样的应力腐蚀断裂时间提高了33.48%,激光冲击强化产生的残余压应力是其应力腐蚀抗性提高的重要原因。     

激光冲击对不锈钢焊接接头残余应力场的影响

针对不锈钢焊接接头存在残余应力且分布不均匀、容易发生应力腐蚀的问题,采用激光冲击强化对其进行处理,探究激光功率密度和冲击次数对表面残余应力状态的优化作用,并通过应力腐蚀试验验证优化效果。结果表明:随着功率密度增加,表面残余应力明显下降,但下降幅度逐渐减小,功率密度4.24GW/cm2与2.83GW/cm2冲击产生的残余应力相差不大,熔合区还存在残余拉应力,说明高功率密度不足以消除表面残余拉应力;随着冲击次数增加,残余拉应力显著降低,2.83GW/cm2冲击3次之后,残余拉应力完全消除,局部最高应力梯度从54.7 MPa/mm下降到11.7 MPa/mm,获得了高数值、分布均匀的残余压应力层。激光冲击强化后,焊接试样的应力腐蚀断裂时间提高了33.48%,激光冲击强化产生的残余压应力是其应力腐蚀抗性提高的重要原因。     

大耕深旋耕刀激光冲击强化残余应力研究

研究了激光冲击强化对回转半径为350mm大耕深旋耕刀残余应力的影响,利用ANSYS对旋耕刀进行理论应力分析,发现应力集中在刀柄外弯角处,同时进行了激光冲击强化模拟,得到理论残余应力引入值。利用X射线衍射法对激光冲击强化前后旋耕刀表面进行了残余应力测试。结果表明,ANSYS模拟激光冲击强化引入的残余应力值与试验实测的结果吻合得较好,相比未经处理的旋耕刀,激光冲击强化后刀具表面残余应力明显增大,最大残余压应力达412.25 MPa,增幅达166%,残余压应力的引入可消除旋耕刀工作的应力集中,提高了刀具使用寿命。研究结果为进一步提高和优化大耕深旋耕刀制造工艺提供了新的参考依据。     

激光冲击7075-T6铝合金焊缝的残余应力场数值模拟

针对激光冲击强化铝合金焊缝过程中存在多场耦合导致残余应力变化幅度大、实时表征难的问题,采用ABAQUS非线性有限元软件建立了激光冲击强化7075-T6铝合金板材焊接件的有限元模型,模拟计算焊缝在激光冲击强化前后的残余应力场分布,重点分析了激光冲击强化对焊缝的横、纵向残余应力场的影响规律,并对焊缝的激光冲击强化工艺参数进行优化。研究结果表明,焊缝表面为残余拉应力场并且分布不均,激光冲击强化使得焊缝的拉应力状态转变为高幅压应力状态;优化激光冲击强化工艺参数(如激光能量、激光光斑尺寸、搭接率),可以明显改善焊缝区域和热影响区的残余应力分布;当激光光斑搭接率为50%至70%时,残余应力分布趋于均匀,可以有效消除"残余应力洞"现象。     

激光冲击强化H62黄铜摩擦磨损性能研究

采用高能激光束对H62黄铜进行单层和三层激光冲击强化(LSP),研究激光冲击前后微观组织、截面显微硬度以及表面粗糙度的变化,发现激光冲击明显细化了H62黄铜的晶粒,形成纳米结构层,并增加了其显微硬度和表面粗糙度,且显微硬度和表面粗糙度随冲击层数的增加而增大。利用UMT-2摩擦磨损实验机分别对原始试样、LSP试样进行摩擦磨损实验,分析了三种试样的摩擦系数、磨损率和磨痕形貌差异,发现在相同的摩擦条件下,LSP试样的摩擦系数和磨损率均比原始试样小,且随着冲击层数从单层增加到三层,摩擦系数和磨损量变得更小,表明LSP能够提高H62黄铜的耐磨性,多层LSP对H62黄铜耐磨性的提升效果更佳。激光冲击后,试样的磨损机制由以剥层磨损为主转变为以磨粒磨损为主。     

2A02铝合金中强激光冲击诱导的位错组态分析

利用输出波长为1064 nm、脉冲宽度为20 ns的钕玻璃YAG激光器,对2A02铝合金进行了表面冲击强化试验.测定了激光冲击后材料的表面硬度和残余应力,用快速傅里叶逆变换(IFFT)方法分析了铝合金激光冲击诱导的晶内亚结构及其演变行为.结果表明,激光冲击强化可使2A02铝合金表面硬度提高50%以上,残余压应力达到12...     

强激光冲击铝合金改性处理研究

利用新型聚偏1.1-二氟乙烯（PVDF）压电传感器,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量,得到激光引发的冲击波峰压在铝中成指数型的衰减规律;观测了不同约束层材料在铝靶表面产生的激光冲击波,研究了不同约束层对冲击效果的影响;最后用激光冲击强化装置对7050-T7451航空铝合金结构材料进行了冲击强化处理,对试件激光冲击区存在的残余压应力及位错密度进行了测量。结果显示经激光冲击处理的试件表面具有极高的残余压应力,可达-200MPa以上。激光冲击处理后铝合金的位错密度得到显著的提高,疲劳寿命提高到175％～428％。这些重要结果对激光冲击改性处理技术的实际应用具有指导性作用。     

激光冲击强化提高纯铜耐磨性能的研究

应用激光冲击强化对纯铜表面进行处理改善其耐磨性能。采用球磨实验分析了激光冲击强化前后的耐磨性能, 利用X-射线衍射仪和电子背散射衍射技术对表层的相结构和晶粒形态分布进行了分析, 并对耐磨性能提高机理进行了讨论。结果表明, 纯铜经激光冲击强化后其比磨损率降低了19.5%, 同时由于表面粗糙度增大, 使得初期摩擦系数增加, 但随着摩擦周数的增加, 激光冲击强化作用明显, 摩擦系数下降。这是由于激光冲击强化在纯铜中引入大量细化晶粒、孪晶和亚结构, 阻碍了位错的运动, 增强了变形抗力, 从而提高了材料的耐磨性能。     

激光冲击强化提高纯铜耐磨性能的研究

应用激光冲击强化对纯铜表面进行处理改善其耐磨性能。采用球磨实验分析了激光冲击强化前后的耐磨性能, 利用X-射线衍射仪和电子背散射衍射技术对表层的相结构和晶粒形态分布进行了分析, 并对耐磨性能提高机理进行了讨论。结果表明, 纯铜经激光冲击强化后其比磨损率降低了19.5%, 同时由于表面粗糙度增大, 使得初期摩擦系数增加, 但随着摩擦周数的增加, 激光冲击强化作用明显, 摩擦系数下降。这是由于激光冲击强化在纯铜中引入大量细化晶粒、孪晶和亚结构, 阻碍了位错的运动, 增强了变形抗力, 从而提高了材料的耐磨性能。     

激光冲击与渗碳复合工艺改善12CrNi3A钢磨损性能

为了提高12CrNi3A钢渗碳层质量及其抗磨损性能,提出了激光冲击与渗碳不同顺序复合的工艺方法。球磨实验结果表明,相比渗碳处理,激光冲击后渗碳试样的比磨损率降低了51%,而渗碳后激光冲击强化试样的比磨损率降低了13%,说明激光冲击后渗碳的复合工艺能更好地改善抗磨损性能。在摩擦系数差别不大的情况下,抗磨损性能的提升与显微硬度提高、微观组织变化有关,从这两方面讨论抗磨损性能提升的机理。研究表明:激光冲击强化可促进渗碳的过程,强化后渗碳形成的渗碳层结构致密,大量细小碳化物形成,固溶强化、第二相强化作用增强,显微硬度增大,从而提高抗磨损性能;而渗碳后激光冲击强化只使渗层表面发生了形变强化,与渗碳工艺相比,显微硬度略有提高,抗磨损性能提高有限。     

激光冲击与渗碳复合工艺改善12CrNi3A钢磨损性能

为了提高12CrNi3A钢渗碳层质量及其抗磨损性能,提出了激光冲击与渗碳不同顺序复合的工艺方法。球磨实验结果表明,相比渗碳处理,激光冲击后渗碳试样的比磨损率降低了51%,而渗碳后激光冲击强化试样的比磨损率降低了13%,说明激光冲击后渗碳的复合工艺能更好地改善抗磨损性能。在摩擦系数差别不大的情况下,抗磨损性能的提升与显微硬度提高、微观组织变化有关,从这两方面讨论抗磨损性能提升的机理。研究表明:激光冲击强化可促进渗碳的过程,强化后渗碳形成的渗碳层结构致密,大量细小碳化物形成,固溶强化、第二相强化作用增强,显微硬度增大,从而提高抗磨损性能;而渗碳后激光冲击强化只使渗层表面发生了形变强化,与渗碳工艺相比,显微硬度略有提高,抗磨损性能提高有限。     

不锈钢焊接件不等强度激光冲击与应力腐蚀试验研究

针对不锈钢焊接接头应力及组织分布不均匀,容易导致应力腐蚀开裂的问题,采用不等强度激光冲击波对316奥氏体不锈钢焊接接头进行处理。通过应力腐蚀试验、残余应力测试及微观组织分析,研究了激光冲击强化对焊接接头应力腐蚀抗性的影响及其作用机理。试验结果表明:激光冲击强化将焊接件的应力腐蚀断裂时间提高了33.48%。激光冲击波的作用,在焊接接头部位引入了高数值的残余压应力,一方面消除了热影响导致的残余拉应力,同时抵消了拉伸工作载荷的作用,降低局部应力梯度,从而延缓表面钝化膜的破裂;另一方面,激光冲击使焊接接头不同区域之间的微观组织均匀和细化,提高了微裂纹萌生的条件,降低了金属发生阳极溶解的可能性。两种因素的共同作用,使得不锈钢焊接接头的抗应力腐蚀性能显著增强。