激光微织构对WC硬质合金刀具表面影响

为了研究不同能量和波长的激光参数对刀具表面微织构的影响,采用Nd∶YAG固体激光器不同参数(波长、能量)的激光烧蚀碳化钨(WC)硬质合金刀具表面,利用X350A型应力测定仪器,硬度测试仪以及光学显微镜,从残余应力、显微硬度和微观形貌等方面分析了激光微织构造型工艺对其表面特性的影响。结果表明,激光对WC硬质合金表面微织构后表面的残余应力和硬度影响较小,而不同参数的激光冲击后微观形貌区别较大。     

AM50镁合金激光冲击强化实验研究

为了研究激光冲击强化对镁合金性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光(波长1054 nm,脉冲宽度23 ns)对AM50镁合金试样表面进行冲击强化处理,并对其表面形貌、微观组织、显微硬度、残余应力进行实验测试与分析。结果表明,在激光功率密度为3.1 GW/cm2的强脉冲激光作用下,试样表面留下光亮致密的微凹坑,凹坑深约27μm;表层材料发生高应变速率的塑性变形,材料内产生大量位错与孪晶,强化层深度约0.8 mm;冲击区的显微硬度明显增加,表层材料的显微硬度比基体约提高58%;冲击区表面存在残余压应力,数值高达-146 MPa。实验结果表明,激光冲击镁合金的强化效果明显。     

激光微加工在微织构技术中的应用及研究进展

阐述了激光微加工在微织构技术中的应用及其研究进展,针对常见的微凹坑织构、微沟槽织构及特殊织构进行探讨,并分析了织构参数对润滑减磨效果的影响。重点阐述了微凹坑织构中凹坑直径、深度、面积占有率及其协同作用对织构效果的影响,具体分析了最优面积占有率的选取问题；重点阐述了微沟槽织构在截面构型、深度及沟槽方向等方面对微织构效果的影响,横向对比了多参数协同作用；重点阐述了两种特殊织构的特点及其优劣。在此基础上,进一步指出了微织构技术的研究方向以及激光器、计算机辅助技术等的发展对微织构技术的推动作用,探讨了激光冲击强化技术与微织构技术结合的可能,展望了激光技术介入特殊织构的发展方向。     

激光冲击强化对TC17微观组织和表面硬度的影响

为了研究激光冲击次数和冲击能量对TC17钛合金微观组织和表面硬度的影响,采用不同的工艺参量对TC17钛合金进行了激光冲击强化处理。TC17钛合金在激光冲击后,表面形成了剧烈塑性变形和高密度位错,冲击过程中位错发生增殖、塞积、缠结等现象,单脉冲冲击形成的微凹坑的深度最大可达21.4μm;脉冲能量为5J、搭接冲击次数从1次增加到4次时,材料的表面硬度相比母材的增幅分别为8.3%,17.2%,24.3%和24.5%;5J和7J冲击1次时,表面硬度相比母材增幅分别达8.3%和14.2%。结果表明,随着冲击次数和脉冲能量的增加,TC17材料表面硬度随之增加,激光冲击强化使材料表面产生高密度位错,这是其表面硬度增加的关键原因。     

不同吸光涂层对激光微织构加工性能影响研究

为了提高激光微织构加工效率和改善微织构加工质量,采用W-71s型喷枪在GCr15轴承钢表面分别喷涂用黑漆、水玻璃、黄料、磷酸锌和石墨制备的涂层。利用Nd:YAG激光加工机对其进行激光微织构加工,使用3维形貌分析仪对微凹坑的形貌进行了检测。结果表明,与无涂层试样相比,采用水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积均增加,凹坑边缘熔渣体积均减少,其中黄料涂层表面蚀除凹坑体积增加了29.4%,水玻璃涂层凹坑边缘熔渣体积减少了64.9%;在一定条件下,复合涂层相比单一涂层具有更好的激光加工性能,其中黄料与水玻璃复合涂层的性能最为显著,与未经涂层的相比,凹坑蚀除体积增加了47.1%,凹坑边缘熔渣体积减少了43.2%。这一结果对提高激光微织构加工效率、改善微织构加工质量具有一定的指导意义。     

激光微织构用吸光涂层正交工艺试验研究

为了提高金属表面激光吸收率及激光微织构加工表面质量,采用W-71s型喷枪在试样表面分别喷涂黑漆、水玻璃和黄料,并用Nd∶YAG激光器对其进行激光微凹坑加工。与无涂层试样相比,激光加工水玻璃和黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积都增加,其凹坑边缘熔渣体积都减少,其中,黄料涂层试样表面蚀除凹坑体积增加了29.4%;在此基础上,利用正交试验法探讨水玻璃和黄料的配比以及厚度对激光微织构加工表面蚀除凹坑体积和凹坑边缘熔渣体积的影响。结果表明,吸光涂料的厚度控制在0.1mm左右,黄料含量17%、水玻璃含量18%的涂料为最优涂料配方;正交试验表中最优试样表面蚀除凹坑体积相比无涂层试样增加了70.6%,其凹坑边缘熔渣体积减少了16.2%。该工艺显著提高了激光吸收率和激光加工表面质量。     

GCr15轴承钢表面的激光凹/凸微织构工艺

采用光纤激光器对GCr15轴承钢试样表面进行了激光织构加工,使用共聚焦显微镜观察了微织构的形貌,分析了功率、脉宽、重复次数对织构点形貌的影响。试验结果表明,织构点直径随脉宽的增大而增大,在一定脉宽范围内,织构点深度随脉宽的增大而明显增大;在单脉冲作用下,当脉宽为1000μs时形成凸起形貌,当脉宽增大到5000μs以上时形成凹坑形貌;随着功率的增大,织构点的直径和深度增大;随着重复次数的增加,热效应尤为明显,凹坑先逐渐变深然后部分被填平,凸起高度先不变然后急剧增大。研究验证了同一台激光器同时实现凹/凸微织构的可行性,为实现表面不同形貌的加工提供了新的思路。     

硬质合金激光毛化工艺试验研究

为了探究激光毛化技术在硬质合金材料表面实现微织构的应用潜能,采用单因素分析法,在YG6X硬质合金刀片表面进行了激光毛化工艺试验研究,获得了直径约270m,高度约6m的火山口形貌的微织构。结果表明,激光脉冲宽度、抽运电压、气体压力对毛化微织构形貌有着显著影响,脉冲宽度和抽运电压会较大地增大织构尺寸,气体压力显著减小织构高度约43%;硬质合金激光毛化微织构易出现微裂纹,由中心延伸至周边;组织中材料分布不均,中间有大块孔洞与空腔,但与基体有着紧密的结合强度。     

基于长脉冲激光的304L不锈钢表面微织构加工北大核心CSCD

通过改变长脉冲激光输出功率和脉宽,在304L不锈钢表面加工出凹坑、凸包微织构,并观察了它们的形貌特征。研究结果表明,利用小脉宽、大功率激光可加工得到外形较好的凹坑,脉宽不变时,凹坑深度和直径随功率的增加呈先上升后下降的趋势。然而,大脉宽、小功率激光加工可得到外形较好的凸包,功率对凸包形貌的影响比脉宽的影响大,当功率达到一定值时,凸包高度和直径达到饱和状态。     

激光微冲击成形技术分析与展望

激光微冲击成形(μLSF)是利用微尺度脉冲激光和材料相互作用产生高幅冲击波压力实现材料微小塑性变形的技术,其综合了激光成形、冲击强化和塑性成形等技术的优点,通过控制激光工艺参数和合理的路径规划获得所需的微观几何形状和表面质量,具有良好的柔性,在材料微塑加工领域具有显著的技术优势。在介绍激光微冲击成形技术原理和特点的基础上,分析了微尺度激光冲击成形中的压力模型、本构模型及其工艺方法,讨论了激光微冲击成形中涉及的关键技术,综述了激光微冲击成形表面的质量及相关性能的研究现状,指出当前激光微冲击成形研究中存在的问题,并对今后的研究做了展望。     

激光冲击对中高温服役条件下镍基合金K417显微硬度的影响

为研究中高温环境下的激光冲击强化效果,采用功率密度8.5GW/cm2、脉冲宽度10ns的强激光对K417镍基合金冲击改性,利用维氏硬度法测试其在700℃、800℃、900℃保温后的显微硬度值。结果表明中高温保温后,激光冲击硬化效果有所减弱,但不同温度下激光冲击区域的平均硬度均明显大于未冲击区域;深度方向硬度近似呈指数形式衰减,硬化层深度随温度的增加呈减小趋势;单个光斑径向硬度分布与激光空间分布特性导致的等离子体冲击波不均匀相关。研究表明在800℃以下,激光冲击有效提高了K417的综合性能指标。     

激光冲击处理304不锈钢表面的形貌特征及其机理分析

为了研究激光冲击强化(LSP)过程中冲击波柔性加载条件下靶材的表面形貌与变形机理的联系,采用短脉冲强激光对304奥氏体不锈钢表面进行LSP处理,在没有对材料表面进行腐蚀的条件下,利用光学显微镜直接观察了LSP处理后材料的表面,并分析了其表面形貌特征与形成机理。研究发现,表面形貌呈现了多晶面心立方(FCC)金属的塑性变形特征,所浮现的形变组织能够直接反映材料在冲击波加载下的变形机制。实验结果表明,激光冲击后材料的表面形貌与塑性变形机制具有对应关系,这为LSP处理的变形机理的研究提供了一种新的实验方法。     

球铁曲轴零件的激光冲击强化

采用具有五轴联动数控工作台的高功率钕玻璃激光冲击强化系统，对球铁曲轴主轴颈和连杆轴颈的圆角部位实施冲击强化处理。实验中采用的激光波长为1.06 μm，脉宽为23 ns，脉冲能量为25～40 J。用流动的水帘作为激光冲击的约束层材料，硅酸乙酯作能量吸收层。对冲击后试件的残余压应力、硬度和耐磨性等进行了测量分析。结果表明，球铁曲轴经激光冲击强化后，受冲击部位没有明显的宏观变形，获得了较高的表面硬度和残余压应力，耐磨性比未冲击强化处理提高1.4倍，有效地提高和改善了曲轴的使用寿命。     

激光冲击强化对激光焊接件气蚀行为的影响

采用高能激光束对厚板激光焊接件进行激光冲击强化(LSP)处理,并利用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪、高精度电子天平和扫描电镜(SEM)观察分析手段研究了激光冲击强化对激光焊接件抗气蚀性能的影响。试验结果表明,增加激光冲击强化脉冲能量气蚀后,激光焊接件马氏体强度相对提高、马氏体剥落得到抑制,表面和横截面硬度增加,累积质量损失和表面气蚀破坏面积减小。随着激光能量的增加,马氏体晶粒细化,气蚀后表面起伏组织变浅、变疏,表面裂纹萌生扩展得到减缓抑制,因此激光焊接件抗气蚀性能增强。另外,激光焊接件焊缝区的抗气蚀性能优于热影响区(HAZ)的抗气蚀性能。     

激光冲击用柔性贴膜的研究

柔性贴膜作为一种集约束层与吸收层于一体的新手段,使激光冲击技术有了更好的工程实际应用性。为了解决原技术中约束效果较差的问题,采用丙烯酸合成树脂与聚氯乙烯胶来代替硅胶做约束层。试验结果表明,这二者的约束效果远优于硅胶,冲击后材料的硬度均达到33HV以上,最大残余压应力均在60MPa左右,接近光学玻璃约束的水平(硬度与残余应力分别约34HV,70MPa),很好地解决了硅胶约束效果较差的问题,使柔性贴膜技术更趋近于实用化。     

基于ABAQUS的激光冲击波诱导残余应力场的有限元模拟

激光冲击处理(LSP)(或激光喷丸强化)是利用激光冲击波压力对材料表面实施强化处理的一种新型表面处理技术。经激光冲击后，残余压应力在材料表面和深度方向上的分布和大小是评价激光冲击效果的一个重要指标，而有限元模拟(FEM)是预测激光冲击处理后残余应力场分布和大小的一种有效方法。在利用ABAQUS软件对激光冲击处理6061-T6铝合金进行数值分析时，讨论了有限元模型、材料性能、冲击加载方式、分析时间等关键问题的处理方法，并分析了激光冲击后残余应力场的分布特点，最后利用有限元模拟考察了激光冲击次数对残余应力场的影响。     

激光冲击强化对黄铜耐蚀性能的影响

为了提高黄铜表面的力学性能和耐蚀性，采用纳秒脉冲激光(波长1064nm, 脉宽7ns)冲击强化(LSP)黄铜表面。通过分析激光冲击强化黄铜样品表面的残余应力、横截面金相组织和硬度、表面形貌等力学性能，研究了其对耐蚀性能的影响。结果表明，与未经LSP处理的黄铜样品相比，LSP处理后黄铜样品的电化学腐蚀电位增加，空蚀损失质量降低，仅为原来的1/4，空蚀孕育期时间延长了2倍，空蚀速率降低，从而LSP处理提高了黄铜样品的耐蚀性能。该研究对普通黄铜应用在具有腐蚀性的工作环境中是有帮助的。     

中高温条件下激光冲击处理Ti-6Al-4V表面完整性变化

为了研究中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响,采用高功率、短脉冲Nd:YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行激光冲击,并将冲击后的钛合金试样分别置于400℃,500℃,550℃和600℃的温度下进行保温处理。从表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力等方面分析了中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响。结果表明,激光冲击处理增大了Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度,且热处理温度越高,Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度越大;激光冲击处理显著提高了Ti-6Al-4V钛合金材料的表面残余压应力,随着温度的升高,残余压应力值降低。研究结果对了解和掌握Ti-6Al-4V钛合金的使用性能是有帮助的。     

激光冲击参数对残余应力场影响的三维数值模拟

数值模拟是预测激光冲击残余应力场、研究激光冲击参数对残余应力场影响的一种有效方法。采用显式动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对激光冲击处理(LSP)40Cr钢残余应力场进行三维数值模拟;建立了激光冲击处理40Cr钢残余应力场有限元分析(FEA)模型,实现了激光冲击处理40Cr钢残余应力场的数值模拟;模拟研究了激光功率密度、激光脉冲持续时间、激光光斑尺寸对40Cr钢残余应力场的影响。数值模拟结果表明,残余应力模拟值与实测值之间有着较好的一致性;在激光脉冲持续时间一定的条件下,要想获得最大的表面残余压应力,存在一个最佳的激光功率密度;在激光功率密度一定并且脉宽大于45ns的情况下,表面残余压应力随激光脉冲持续时间的增加而减小;在激光功率密度、激光脉冲持续时间一定的条件下,表面残余压应力随光斑直径增大而增大。