304不锈钢激光冲击处理后的残余应力产生机理

利用激光冲击波对304不锈钢表面进行了强化处理,用电子扫描电镜观察了激光强化处理后表面显微组织结构的变化,并测定了其显微硬度和残余应力,分析了激光冲击处理后显微硬度和残余应力的分布规律,并对残余应力产生的微观机理进行了讨论.实验结果表明:激光表面强化处理后,冲击区微观结构中产生了微塑性变形,显微硬度从基材的220 HV提高到冲击区的310 HV;用X射线分析仪测得冲击区残余压应力为-200 MPa以上,有利于提高其疲劳寿命;在激光冲击波作用下,材料表面发生的塑性变形不能完全恢复,是残余压应力产生的主要因素.     

激光冲击强化处理40Cr钢的实验研究

利用Nd∶YAG激光器 ,对 4 0Cr钢进行了激光冲击强化处理。激光冲击强化参数 :激光波长 1 0 6 μm ,脉冲时间为 2 3ns,功率为 16～ 2 0J,功率密度为 2 0GW /cm2 左右 ,光斑直径为 7mm。选用K9玻璃为约束层 ,外形尺寸为 19mm× 4mm ;86 1墨漆为吸光涂层 ,厚度为 0 0 2 5mm。利用HVS 10 0 0显微硬度计和X 35 0残余应力测试仪 ,对 4 0Cr钢激光冲击强化区的显微硬度和残余应力进行了测试 ,结果表明 ,4 0Cr钢经激光冲击强化后 ,强化区表面硬度提高了 30 % ,冲击强化区中心最大残余应力达 - 4 5 0MPa。此外 ,利用H 80 0透射电镜对激光冲击强化区的显微组织进行了观察和分析 ,在强化区显微组织内发现了相变马氏体、初生马氏体和高位错密度     

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。     

40Cr钢表面激光复合强化机理研究

利用NEL2500A轴向快速流动CO3激光器对40Cr钢进行了激光淬火处理，又利用Nd：YAG激光器对40Cr钢的淬火马氏体强化区进行了激光冲击强化处理，选用K9玻璃为约束层。处理结果表明，40Cr钢的复合强化处理区与激光淬火强化处理区相比，马氏体区表面发生了超塑性形变，马氏体发生了细化和碎化，位错密度大大增高，各项机械性能都得到了大幅提高，其中，硬度提高了10．9％，耐磨性提高了100%，尤其是材料内部残余应力全部变成了残余压应力，表面最大残余应力达到-372MPa。     

增材316L不锈钢的激光冲击强化研究

增材制造与激光冲击强化技术相结合,以提高增材制造打印产品的力学性能。本文以316L不锈钢粉末为实验原料,通过同轴送粉式增材制造工艺获得实验试件;利用SIA LSP 23系列激光冲击强化系统在不同激光能量下对增材316L不锈钢试件进行处理,研究了增材316L不锈钢实验试件激光冲击强化处理前后的残余应力、显微硬度和抗拉强度。经激光冲击强化处理,增材316L不锈钢近表面引入了残余压应力、并伴随着显微硬度和抗拉强度的显著提高;所引入的残余压应力、显微硬度和抗拉强度随激光能量的增加而增加,表明较高的激光能量能够获得较好的激光冲击强化效果;激光冲击强化作用后的增材316L不锈钢的截面显微硬度分布规律与残余应力分布规律类似,但显微硬化层深度要比残余压应力层深度要深0.15～0.25mm。激光冲击强化可作为一项后处理技术用来提高增材制造打印产品的力学性能。     

基于喷丸强化的气门弹簧激光冲击强化研究

为了研究基于机械喷丸(SP)、热定型工艺的激光冲击处理(LSP)对气门弹簧性能影响,利用高功率激光对不同加工工艺制造的气门弹簧内侧进行单点冲击处理,从残余应力、显微硬度和微观组织等方面分析了激光冲击强化对气门弹簧的影响。结果表明,弹簧的激光冲击强化与喷丸强化相比,效果差距不大。对基于喷丸强化的气门弹簧激光冲击处理的强化效果明显,二次喷丸下的激光冲击处理出现最大残余压应力,达到-541 MPa,经二次喷丸+热定型处理的弹簧表面显微硬度最大,达到668.4 HV。不同制造工艺制造的弹簧激光冲击强化后表面显微硬度的变化规律与冲击前基本一致。弹簧经激光冲击强化后晶粒发生细化,晶粒尺寸和强化相是提高硬度的主要原因。     

无保护层激光冲击对K24镍基合金力学性能的影响

激光冲击强化是一种有效提高材料疲劳强度的表面处理技术。针对K24镍基高温合金模拟叶片特点,文中提出采用无保护层激光冲击强化进行表面处理。同时采用X射线衍射、显微硬度计表征了不同参数冲击下材料截面残余应力和显微硬度变化规律,并利用高周振动疲劳试验验证其强化效果。结果表明:无保护层激光冲击强化处理后在材料表层形成一定数值的残余压应力,冲击1、3、5次后表面残余应力分别为-428、-595、-675 MPa,影响深度分别约为110、150、160 m;显微硬度冲击一次后提升了29.2%,影响深度约为60 m。采用不等应力冲击后K24镍基合金模拟叶片疲劳强度由原始试件的282 MPa提高到327 MPa,提高了16%。     

2Cr13汽轮机叶片激光合金化的组织性能

为提高调质态2Cr13低碳马氏体不锈钢汽轮机叶片的抗气蚀性能,采用连续CO_2横流激光器对其表面进行激光合金化处理,考察其显微组织、显微硬度和抗气蚀性能.结果表明,激光合金化处理后,显著地改变了2Cr13不锈钢表面的显微组织结构,表面平均硬度可达到701.2HV_(0.2)(基材表面显微硬度为200～250HV_(0.2)),横向残余应力为211.70MPa,纵向残余应力为334.60MPa.激光合金化后,抗气蚀性能比合金化前提高一倍以上.因此,激光合金化在提高抗气蚀性能和延长叶片使用寿命上具有较好的应用前景.     

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。     

激光冲击处理对高温合金和奥氏体不锈钢疲劳寿命的影响

对高温合金ＧＨ３０、奥氏体不锈钢１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ板材疲劳试件应力集中部位进行了激光冲击处理,比较了原始试件在激光冲击处理后疲劳寿命的变化。结果表明：激光冲击处理后,两种材料的疲劳寿命均有明显的提高,但提高幅度在不同的加载系数下有较大的差异．     

1Cr18Ni9Ti不锈钢激光快速熔凝处理与表面合金化

为提高奥氏体不锈钢在介质中耐晶间腐蚀能力，利用激光快速熔凝处理和用Nb激光表面合金化等手段改变了1Cr18Ni9Ti不锈钢的组织结构，使其耐腐蚀的能力明显增强。在用Nb激光表面合金化的部分样品中，还发现了无序结构。     

1Cr18Ni9Ti激光相变硬化层组织及性能

为了探讨1Cr18Ni9Ti不锈钢组织及性能的变化,采用激光相变硬化处理的方法,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、磨损试验机、恒电位仪等研究了激光相变硬化层的组织及性能。进行了理论分析和实验验证,取得了激光相变硬化层的硬度、耐磨性、耐蚀性数据。结果表明,激光相变硬化层主要由奥氏体、马氏体、Fe-(Cr,Ni)以及Fe等组成。随着激光功率的增大,平均显微硬度先增加后减小,在功率为750W时,平均显微硬度达最大值,为223.5HK;在功率为550W时,耐磨性最好,磨损率为基体的56%。激光相变硬化处理后耐蚀性增强;最小的维钝电流密度是基体的33%,最大的钝化稳定区长度是基体的7倍。这一结果对研究1Cr18Ni9Ti不锈钢组织及性能的转变是有帮助的。     

柱塞Co基粉末激光熔覆工艺研究

为增强1Cr18Ni9Ti不锈钢零件的硬度及耐磨性,采用激光熔覆技术在其表面制备Co基合金熔覆层。利用光学显微镜,分析了熔覆层的微观组织;应用显微硬度计测试了熔覆层的硬度;应用浓度为2%的硝酸溶液做腐蚀剂,测试了熔覆层的耐腐蚀性。并与等离子热喷涂、Ni基合金熔覆等其它表面改性技术进行比较,结果表明:1Cr18Ni9Ti不锈钢柱塞Co基合金激光熔覆层硬度达到HV520,具有较好的耐磨性,其抗酸腐蚀性能也达到检验标准要求。     

激光冲击奥氏体不锈钢表面的亚结构变化

采用高能短脉宽激光冲击加载技术(LSP)，利用扫描电子显微镜(SEM)，X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等手段，研究了在激光诱导的超高应变率和高于材料动态屈服强度冲击加载条件下，2Cr17Mn15Ni2N奥氏体不锈钢表面亚结构的转变特征和机制。结果表明，冲击区表面结晶度降低，形成大小为0．1～0．5μm的等轴亚晶区以及规则排列的龟裂区；表面硬度显著增加，形变层深0．25mm；此外，在冲击区表层观察到形变滞后退火孪晶、显微带、位错胞、条形亚晶、滑移型层错等亚结构，未发现形变孪晶和ε(α)马氏体相。分析认为，激光诱导的超高应变率是产生奥氏体不锈钢表面特殊亚结构的主要原因。     

镍基高温合金激光熔覆涂层组织及性能研究

为了研究高温合金激光熔覆涂层组织演变及力学性能,采用激光熔覆技术在2Cr25Ni20耐热奥氏体不锈钢表面制备镍基NiCrFeMo高温合金涂层。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能量色散光谱仪、显微硬度计等微观分析测试手段对该镍基高温合金涂层的微观组织形貌、物相种类、界面元素分布与偏析、各区域的硬度进行分析。结果表明, 基材与熔覆层结合位置至熔覆层顶部,依次由多种晶粒形态生成;Nb与Mo元素在熔池金属液体对流作用下向基材发生扩散,其它元素基本无扩散;熔覆层存在物相有γ-Ni和Cr₂Fe₁₄C,熔覆层结合位置包含物相Fe₂Ni₃, γ-(Fe, Ni)和Ni_0.9Nb_0.1;基材显微硬度平均值为252HV_0.3左右,熔覆层显微硬度平均值为285HV_0.3左右;经常温拉伸试验,与2Cr25Ni20钢力学性能比较,2Cr25Ni20钢修复件抗拉强度升高,强度增大,断后伸长率明显下降,塑性降低。此研究为后续钢炉转轴修复提供了可行性方案。     

激光冲击处理对铝锂合金力学性能的影响

采用1420铝锂合金板材制作成中心圆孔疲劳试件和金相试件进行激光冲击处理，通过冲击区外观电镜扫描、疲劳实验和显微硬度测试，结果发现，经激光冲击处理后，铝锂合金表面没有受强脉冲激光和冲击波的破坏，而显微硬度明显提高，疲劳性能大幅度改善，激光冲击处理后的强化区与光斑相当，深度约为1mm。     

激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9焊接接头性能的影响

为了研究激光焊接工艺对K418与0Cr18Ni9异种金属焊接接头性能的影响,采用金相显微镜对焊缝的金相组织和形貌进行了分析,评价了焊缝及周边的硬度和强度。结果表明,在激光焊接K418高温合金与0Cr18Ni9时由于母材热物性参量存在较大的差异,为保证焊缝质量,激光光斑应偏向0Cr18Ni9合金一侧;为了防止热裂纹和液化裂纹的产生,应该尽量延长熔池凝固时间同时减少热影响的热输入;当保护气体流量为12L/min时,对焊缝的保护效果最好,与Ar₂相比N₂能有效减少焊缝中气孔的含量,但也会降低焊缝性能;焊缝的硬度值位于两母材硬度之间,焊接接头的强度约为母材的89%。采用合适的激光焊接工艺可以实现K418合金与0Cr18Ni9较好的焊接效果。     

不锈钢表面激光熔覆无钴镍基合金涂层研究

为满足某装置用阀门密封面材料不能含有钴的要求,通过激光熔覆两种无钴镍基合金粉末,在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出具有梯度硬度分布的较厚涂层,分析了涂层的微观组织、硬度及界面结合强度。结果表明,采用硬度较低的镍基合金涂层作为过渡层,解决了具有较高硬度镍基合金涂层的开裂问题;涂层与基体及两种镍基合金涂层之间界面连续过渡,硬度呈梯度变化,涂层表面硬度达HRC47;涂层与基体界面为完全冶金结合,其界面结合强度大于565MPa;经弯曲及热震试验后,涂层未出现开裂及剥落现象,说明涂层具有良好的抗热震性能。