激光点状合金化对42CrMo钢疲劳裂纹扩展速率的影响

裂纹倾向严重和搭接区软化是激光表面强化技术面临的两大难题,为此,提出了一种激光点状合金化方法:使预涂在基体表面的合金涂层或由喷嘴送入的合金粉,在激光小孔效应作用下,与基体形成混合熔池,得到合金化点。研究表明,大量规则分布、互不重叠的合金化区及其周围的相变硬化区从总体上降低了疲劳裂纹扩展速率,提高了材料的疲劳寿命。对疲劳裂纹断口的初步分析显示,相变硬化区对阻滞裂纹扩展其到了重要作用。     

激光合金化对疲劳裂纹扩展速率的影响

在45#钢基体上以TH-2激光合金化专用粉进行激光合金化处理，通过扫描电镜动态原位观察裂纹从基体向激光合金化区(LAZ)扩展的过程，研究了疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子幅(SIFR)的关系，分析了疲劳断口形貌和表面裂纹扩展路径的组织形态。经历一定循环次数之后，激光合金化区内部也出现裂纹，但是合金化区的边界能强烈阻滞裂纹的扩展，一旦基体中的裂纹与合金化区中的裂纹汇合，裂纹失稳扩展。裂纹扩展速率与应力强度因子幅之间的关系不满足传统的Paris公式，裂纹在基体中扩展的断口形貌有典型的疲劳辉纹，而合金化区的断口呈脆性断裂的形貌。从抗疲劳裂纹扩展的要求来看，有必要针对不同的基体材料，设计不同的合金化粉末，通过适当增加合金化区的韧性相，进一步提高激光合金化区抗疲劳裂纹扩展的能力。     

激光铬钼合金化的热疲劳性能研究

本文讨论了45~#钢表面激光铬钼合金化层的热疲劳性能。试验表明铬钼合金化层比45~#钢及热作工具钢有较好的热疲劳性能,并分析了合金化层热疲劳裂纹萌生的机理。     

激光冲击处理1Cr11Ni2W2MoV不锈钢

对1Cr11Ni2W2MoV马氏体不锈钢进行了激光冲击处理(LSP)的基础性研究。激光器最大输出能量为50J,激光功率密度3.7～7.5GW/cm2。吸收层和约束层分别选取Al箔和均匀流水层,激光束采用倾斜入射方式,实验对单光斑试样、搭接光斑试样、疲劳试样分别进行冲击。通过表面形貌、显微硬度和残余应力等检测,验证了激光功率密度对冲击区性能的影响。三组疲劳试件进行对比表明,先冲击后打孔试件的疲劳性能最好,其表面高幅值的残余压应力层能很好地抑制疲劳裂纹的萌生和延长裂纹扩展的速率。实验证明激光冲击处理可以有效提高马氏体不锈钢的疲劳性能。     

4Cr5MoVlSi钢表面激光快速熔凝的研究

研究了4Cr5MoVISi钢表面激光快速熔凝后的显微组织和热疲劳性能。结果指出,表面激光熔凝组织对热疲劳裂纹的萌生和扩展有明显的抑制作用。     

ZL108镍基粉末激光表面合金化气孔与裂纹的研究

ZL10 8表面镍基粉末激光合金化的实验研究表明 :激光合金化层的显微组织由两部分组成 ,与基体金属交界处是垂直于熔合线生长的具有定向凝固特征的树枝状晶 ,合金化区是细小的等轴状晶。在树枝状晶相邻间的凹陷处和基体金属未熔化晶粒的界面上最有可能产生气泡核 ,熔池保护不良 ,合金粉末或粘接剂中残存水分 ,均是影响气泡生成的主要因素。对于合金层中的裂纹 ,主要是在熔池凝固末期 ,已凝固合金化层金属塑性不足并在残余拉应力作用下造成的低塑性脆化裂纹。     

17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6合金涂层高周疲劳行为研究

利用半导体激光器在汽轮机末级叶片材料17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6合金涂层,然后分别制备17-4PH不锈钢、17-4PH不锈钢表面激光熔覆和17-4PH不锈钢表面激光熔覆后经550℃×6h热处理的疲劳试样,进行高周拉压疲劳试验,并对疲劳断口进行扫描电镜(SEM)分析。试验结果表明:在107循环周次条件下,基材17-4PH不锈钢的疲劳极限为470MPa,基材表面激光熔覆Stellite6合金涂层试样的疲劳极限下降到380MPa,而基材表面激光熔覆Stellite6合金涂层经过热处理后的试样可达到440MPa;基材17-4PH不锈钢的裂纹源通常位于表面、近表面或内部缺陷处,裂纹扩展区具有明显的疲劳辉纹特征,瞬断区为韧窝特征;而熔覆试样的裂纹源位于熔覆层侧的缺陷处或熔覆层与基体的界面结合处,然后向熔覆层和基体两侧扩展,熔覆层侧呈脆性沿晶断裂,基体呈韧性疲劳断裂。     

AZ31B镁合金激光喷丸后的形变强化及疲劳断口分析

对AZ31B镁合金中心缺口试样进行激光喷丸强化(LSP)处理,并进行拉-拉疲劳试验。通过研究激光喷丸前后表面完整性的变化规律,发现喷丸后AZ31B试样以滑移和孪生两种方式产生塑性变形,表面及深度方向显微硬度较基体提高50%左右,喷丸区表面残余压应力值达到-126.29MPa,晶粒内部出现大量滑移线和孪晶,晶粒明显细化。通过测量加载点轴向载荷和轴向位移分析了激光喷丸前后的疲劳性能,并比较激光喷丸前后疲劳断口形貌特征,发现喷丸后试样表面没有产生明显的疲劳裂纹源,残余压应力使裂纹尖端的实际应力强度因子降低,提高了疲劳裂纹萌生和扩展抗力,疲劳裂纹扩展路径较未处理试样更为曲折,最终断裂区韧窝尺寸比未喷丸件更大更深,表明激光喷丸后试样的塑性有所提升。     

激光喷丸强化ZK60变形镁合金的疲劳性能研究

为研究激光喷丸对高强度变形镁合金ZK60疲劳性能的影响机理,使之适应交变应力结构件的工作需要,进行了激光喷丸强化表面改性和拉伸疲劳性能实验。实验结果表明,在激光喷丸强化区域获得有益的残余压应力,产生硬化效应,表面塑性变形的微小区域,变形轮廓曲线波动范围较基体小,增加喷丸次数可增强激光喷丸的强化效应。经3次激光喷丸后,中心孔疲劳试样的平均疲劳寿命由未喷丸试样的78023次提高到125641次,寿命增益达61%。从断口来看,激光喷丸强化主要是改变了裂纹源萌生位置,延缓了裂纹扩展速率,对瞬断区无明显影响。激光喷丸强化为镁合金的抗疲劳制造提供了新的途径。     

激光涂敷对低合金钢高温性能的影响

本文研究了利用激光表面涂敷技术改善材料高温性能的可能性。实验结果表明：经激光涂敷处理之后，材料表面的高温性能明显低于基基体材料本身。在７００℃时，表层的硬度比基体硬度高出７６．６７％，达到ＨＶ１５９０ＭＰａ，相应地，表面涂敷层的冷热疲劳抗力提高了１６６．６７％，且其抗裂纹扩展的能力明显增加，另一方面，与原始涂敷合金材料相比较，激光涂敷层的化学成分没有大的变化，其主要合金元素的深度地６．６７％ ，试     

球墨铸铁激光熔覆镍基合金的研究与应用

用DL—HL—TH500型高功率横流CO2激光器,采用同步送粉法在球墨铸铁上激光熔覆镍基合金,结果显示,熔覆层表面质量较好,在熔覆层内裂纹、疏松、气孔等缺陷极少：合金层的显微组织比基体组织明显细化,与基体形成冶金结合,合金层显微硬度高于基体材料。采用该技术对贵重零部件进行激光熔覆修复实践表明,经修复后的零件满足使用要求,达到预期的效果。     

Al319激光表面合金化

用激光表面合金化的方法加入Ni、Cr等成分在铝合金基体材料表面形成具有良好耐磨性能的合金化层。实验首先将合金粉末调和后涂于试样表面,用CO_2激光以不同功率、不同的光斑移动速度对徐层进行激光合金化处理。分析结果表明,工艺参数极大地影响合金化效果;可得到显微硬度达1400HV的高度硬化层;选用合适的功率、光斑运动速度及预涂层厚度可得到单道轨迹、多道搭接及整个试样表面的无气孔、裂纹缺陷的组织细密的合金化层;层内主要强化相为AlNi和多种Al/Ni金属间化合物。最终得到的全试样表面合金化层的硬度比基体高60—100HV,耐磨性比基材提高3—5倍。     

中镍铬无限冷硬铸铁轧辊激光表面强化

本文采用在铸铁轧辊表面上激光熔化预置的合金粉末来改善铸铁轧辊的表面性能.使用金相、扫描电镜和显微硬度计对激光熔化区的显微组织和硬度进行了测试表征.结果表明,激光熔化区与基体形成了冶金结合.由于激光的快速加热和快速冷却造成熔化区的组织细化.激光处理区的硬度由于晶粒细小和强化相的存在而得到提高.经450℃×48h高温回火处理后,激光熔化区的硬度几乎不发生改变.     

灰铸铁缸套内表面Nd:YAG激光NiTi合金化研究

采用预置涂层法对灰铸铁缸套内表面进行Nd:YAG激光NiTi合金化研究,可得到表面平整的激光合金化层。该材质的灰铸铁存在较大的裂纹倾向,在适当的涂层厚度、工艺参数和预热条件下,可获得无裂纹合金化区。激光强化层包括合金化区和淬火马氏体区和二者之间很窄的过热区,其硬度较铸铁基体显著提高;微观组织以亚共晶介稳组织为主。     

激光喷丸强化CT试样疲劳裂纹扩展的数值研究

为了研究激光喷丸强化对疲劳裂纹扩展的影响,采用有限元分析软件ABAQUS和MSC.Fatigue相结合,以6061-T6铝合金CT件即紧凑拉伸试样为研究对象,数值模拟其经1次～3次激光双面喷丸处理后的残余应力大小、疲劳寿命、裂纹扩展速率及最终裂纹尺寸。在理论分析的基础上,建立面向抗疲劳制造的激光喷丸工艺有限元分析模型,首先在ABAQUS中模拟出激光喷丸诱导的残余应力场,再将其导入疲劳分析软件MSC.Fatigue进行激光喷丸后疲劳裂纹扩展及其性能的数值模拟分析。结果表明,激光喷丸处理可以有效抑制疲劳裂纹的扩展,降低裂纹扩展速率和增大最终断裂尺寸长度,从而达到延长疲劳寿命的目的,喷丸次数的增加在一定程度上增大了激光喷丸强化的效果,但增益的效果会减弱。这为激光喷丸强化抗疲劳制造的理论分析和后续试验提供了必要的依据。     

激光硬化改善铸铁表面耐磨性的研究

本研究针对常用的灰铸铁及球墨铸铁材料分别进行激光处理、感应淬火和氨化处理，然后进行耐磨性对比试验。结果表明激光处理对所研究材料耐磨性的改善明显优于感应淬火及氨化处理。