吸收层对铜箔飞秒激光冲击强化的影响

目的 通过对不同吸收层下飞秒激光冲击后Cu箔的显微组织和力学性能变化分析,选出强化效果更好的吸收层.方法 利用飞秒激光对覆有百纳米厚度吸收层的铜箔(Cu-nm)和覆有百微米厚度吸收层的铜箔(Cu-μm)进行冲击强化,通过扫描电镜、电子背散射衍射仪、X射线衍射仪、显微硬度计对两个样品进行显微组织和力学性能的观测分析.结果 飞秒激光冲击后,Cu-nm主要产生形变孪晶,孪晶比例提高了60.9％,大角度晶界比例提高了12.8％,显微硬度提高了10.8％;Cu-μm主要发生位错变化,位错密度增加16％,小角度晶界比例提高9.8％,显微硬度提高2.2％.除此之外,经飞秒激光冲击后,Cu-nm产生了更大的残余压应力,不仅中和了母材的残余拉应力,还表现为残余压应力;而Cu-μm经飞秒激光冲击后,产生的残余压应力无法完全中和母材的残余拉应力,仍显示为残余拉应力.结论 对比研究得出,飞秒激光冲击Cu-nm后,实现了微观组织孪晶化,改变了残余应力状态,提高了铜箔表面的硬度.     

强激光冲击诱导铝合金中的空位现象分析

利用输出波长为1064 nm、脉冲宽度为20 ns的钕玻璃YAG激光,对2A02铝合金进行了表面冲击试验。通过对激光冲击处理试样的HREM高分辨像观察,分析了激光冲击2A02铝合金材料微结构中的空位现象。结果表明,考察区域在激光冲击超高应变率作用下,在形成大量位错的同时,伴随形成相应的空位;空位片成为激光冲击超高应变率形变条件下铝合金基体中的特征微结构;空位和位错的重组作用加剧了点阵畸变,引起的第三类内应力和纳晶化提高了激光冲击表面的硬度和残余压应力。     

晶粒尺寸和孪晶界间距对纳米多晶铝合金塑性变形影响的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法,分别研究了晶粒尺寸和孪晶密度对纳米多晶铝合金塑性变形的影响。模拟结果表明,弛豫后的位错密度对纳米多晶Al的微观结构演变和逆Hall-Petch关系产生了重要影响。变形受晶粒大小限制,在细晶中可形成层错四面体和复杂层错结构,从而激活了晶界的辅助变形。当孪晶界间距（TBS）较大时,Shockley分位错在晶界处形核并增殖。然而,随着TBS的减小,孪晶界成为Shockley分位错的来源。孪晶界上大量的分位错形核会导致孪晶界迁移甚至消失。在塑性变形过程中还观察到形变纳米孪晶。研究结果为开发具有可调节力学性能的先进纳米多晶Al提供了理论基础。     

静态拉伸载荷下焊接残余应力演变规律

静态工作应力与焊接残余应力叠加,将导致构件产生局部塑性变形以及焊接残余应力重新分布,静态工作应力卸载后,可以降低残余应力峰值。基于此理论,选用A6005A-T6铝合金焊接接头作为研究对象,研究静态加载条件和逐级加载条件下残余应力的演变规律。结果表明:平板焊接试板经过静态拉伸(加载载荷150 MPa)后残余应力发生了很大程度的释放,纵向残余应力峰值由125 MPa降为48 MPa,横向残余应力峰值由155 MPa降为56 MPa。这是因为外载与残余应力叠加超过材料屈服强度产生了塑性变形,残余应力发生释放。焊接构件使用前可以进行一定程度的静拉伸,从而消除一部分残余应力,尤其是降低残余应力的峰值。     

铝合金焊接接头冲击强化的性能

为了提高铝合金焊接接头的力学性能,试验分别采用超声波和调Q脉冲YAG激光对A6061-T6铝合金焊接接头焊趾附近处进行冲击强化,研究了超声波和激光冲击强化下铝合金焊接接头的性能.两种冲击强化模式下,铝合金焊接接头焊趾处近表面均发生了冲击强化效果,并产生了较大的残余压应力,超声波和激光冲击强化后产生的最大残余压应力分别为-158 MPa和-145 MPa左右.超声波与激光冲击强化铝合金焊接接头的疲劳寿命差别不大,均比焊态下试样的疲劳寿命提高1倍以上.两种冲击强化方法的疲劳试验样件断裂位置均发生在基体金属上,而焊趾处没有疲劳裂纹产生.     

激光冲击诱导的45钢平衡组织的应变行为

利用波长为1.054 μm脉宽为20 ns的Nd:glass激光器对表面覆有铝箔的退火态45钢进行了激光冲击处理.用光学显微镜和扫描电镜、x射线应力分析仪及显微硬度计对激光冲击试样的微结构演变、残余应力和硬度分别进行了观察和测试.结果表明,在"完全约束"和几近绝热的条件下,激光诱发的冲击波的超高应变率使45钢表面产生一系列应变效应.激光冲击在试样表面产生的残余压应力可达425 MPa;激光冲击对材料内部各相的显微硬度有显著影响;受激光冲击后,珠光体中的渗碳体依据其位相出现不同程度的破碎现象;先共析铁索体内产生位错和孪晶,形变孪晶呈现薄透镜片状和交互状.     

振动时效机理研究

分析了残余应力的产生及常规消除残余应力方法的机理,研究了在循环应力下材料塑性变形特征,以及频加载率和应力集中对材料塑性变形的影响.结果表明,振动时效是在材料的弹性范围内发生的微塑性变形,微塑性变形只在材料的部分晶粒内发生,在亚晶粒内部形成位错带,亚晶界发生旋转形成"晶粒",亚晶界的位错开通,形成一个个微观屈服小区,晶格扭曲减少,从而使工件中的残余应力峰值降低并得到均布.     

LD10随焊预拉伸作用位置的有限元分析

对于铝合金的焊接其焊后残余应力导致的焊接变形,尤其对于薄板的焊接其焊接变形问题更为严重。本文运用MSC.Marc大型有限元模拟软件对LD10铝合金的预拉伸工艺进行三维模拟,为优化铝合金预拉伸工艺的工艺参数,提供了理论依据和指导。结果说明:在弹性应力范围内,随着预应力作用范围的增大,试件的纵向残余拉应力峰值、纵向残余弹、塑性变形量均逐渐减小。分析认为,预拉伸应力部分抵消了焊接区因局部加热而导致的压缩塑性变形,减小了焊接残余应力,从而起到控制薄板焊接失稳变形的目的。     

2024铝合金薄板激光冲击波加载的实验研究

采用高功率激光束单次冲击3种厚度(1.3 mm,1.7 mm,2.1 mm)的2024铝合金薄板靶材,利用STSS-1应力检测模块采集靶材背面应变片的动态与静态应变信号,并用XRD技术检测了靶材表面残余应力.建立了2024铝合金薄板靶材激光冲击波加载模型,并利用该模型描述了靶材内部应力波结构及传播规律,解释了冲击区域残余拉应力产生的原因.结果表明,激光冲击2024铝合金薄板靶材时,激光诱导的冲击波和约束层对冲击波的反射波透射到靶材内部各部位的应力波具有不同的特性和强度变化规律.激光功率密度远超出2024铝合金最佳激光功率密度范围和靶材厚度较薄这2个条件同时存在是冲击区域残余拉应力产生的根源所在.     

激光冲击处理后X80焊接接头表面质量对腐蚀性能的影响

利用激光冲击波对X80管线钢焊接接头进行强化处理,用金相显微镜、光学轮廓仪分析激光冲击处理前后金相组织与表面粗糙度,并用应力测试仪测试了激光冲击处理前后残余应力和残余奥氏体的变化,分析了激光冲击波改善焊接接头表面质量的机理.结果表明,激光冲击处理后焊接接头表面晶粒细化,表面粗糙度有所提高;激光冲击处理形成了残余压应力,残余奥氏体向马氏体转化;激光冲击处理后表面粗糙度和残余奥氏体对慢拉伸性能的影响起主要作用,内积功下降3.8%;激光冲击处理后应力腐蚀敏感指数ISCC由50.94%下降至45.10%,残余压应力和晶粒细化是提高其抗应力腐蚀的主要机制.     

2A12铝合金在激光冲击下的组织与性能

分析了激光冲击加载下2A12铝合金组织和力学性能的变化规律,得出以下结论:激光冲击会使2A12铝合金位错密度大幅增加,晶界和晶内出现位错塞积、位错胞状组织等;随变形量的增加,结构中出现大量孪晶,二者互相作用,晶粒破碎细化。这些组织都会不同程度增加2A12铝合金的硬度和强度,从而有效地改善2A12铝合金的力学性能。激光冲击后,冲击区中心点硬度由94 HV升高到145 HV,升高了大约54%。     

激光冲击TC17钛合金叶片的微观组织/应力演变及缺口振动疲劳性能

目的 提高航空发动机叶片的抗疲劳性能。方法 采用高功率密度短脉冲激光冲击某型发动机TC17钛合金整体叶盘叶片模拟件,并采用飞秒激光在进气边预制缺口。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征激光冲击前后的表层微观组织。通过X射线衍射和三坐标测量仪分别测量激光冲击强化过程中的残余应力演变和宏观塑性变形,并由一阶弯曲振动疲劳对激光冲击强化效果进行评价。结果 激光冲击在TC17钛合金叶片表层诱导产生了高密度位错组织,但由于冲击次数的控制,未产生明显的晶粒细化效应。激光冲击叶盆面后,叶盆面呈现压应力状态,残余应力为330.5 MPa,叶背面呈现拉应力状态,其值为55.5 MPa。进一步激光冲击叶背面后,叶背面的拉应力转变为压应力,其值达到了267.0 MPa,叶盆面残余压应力减小,由330.5 MPa变为261.9 MPa。激光冲击叶盆面后,进气边与叶尖交点偏离初始位置0.119 1、0.129 1 mm;冲击叶背面后,位移偏离初始位置减小,分别为0.071 08、0.099 mm。激光冲击强化后,缺口振动疲劳寿命显著提升,平均循环次数由56 696周次增加到199 515周次,出现了明显的裂纹闭合效应。结论 激光冲击强化在TC17钛合金表层引入了高密度位错组织和双面贯穿式残余压应力,并将叶片宏观塑性变形控制在0.1 mm以内,在疲劳性能上获得了显著的提升。     

激光冲击Ti834合金强化层显微组织演变

激光冲击强化(laser shock processing,LSP)作为一种全新的表面强化技术凭借其强化效果好、可控性强、适应性好等优点在提高关键零部件服役寿命上发挥着不可替代的作用。本研究采用透射电子显微镜(TEM)观察LSP试样塑性变形层内显微组织结构特征的演变,构建了不同冲击次数下表层和深度方向上的显微结构演变示意图。结果表明,Ti834合金经激光冲击强化后塑性变形层内产生大量位错,且随着冲击次数的增加,塑性变形愈加剧烈,位错密度也进一步增加。沿深度方向上可以观察到随应变率递减而形成的典型微观结构特征,其中包括有形变孪晶(MTs),高密度位错墙(DDWs),位错缠结(DTs),位错阵列(DAs)和位错线(DLs)等。     

激光冲击强化对钛合金疲劳寿命影响综述EI北大核心CSCD

对提升钛合金零件的疲劳强度,已有相关技术的试验研究,但缺乏对技术的系统介绍,阻碍了该技术的产业化应用。通过整理大量试验数据及其结果,就激光冲击强化对钛合金零件的疲劳特性的影响展开分析。简要介绍激光冲击强化技术的发展状况,分别从表面形貌、残余应力、微观组织、硬度、表面粗糙度等方面进行分析总结。结果发现,当激光脉冲能量为7 J时,材料塑性变形量最大;当激光功率密度为3 GW/cm^(2),材料表面残余压应力值最高;当冲击次数达到5次以上时,材料表层的位错密度不断增大;当在工件表面覆盖一层高强度的光滑金属接触膜时,材料表面粗糙度将降低。综合数据可知激光功率密度及冲击次数对钛合金疲劳寿命的影响最大。整理了大量试验数据,可为得到最佳的激光冲击强化效果及提升疲劳寿命提供理论参考。     

TA15钛合金高温变形过程的介观模拟计算

以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,探究了TA15钛合金在高温变形过程中介观层次上形变不均匀性和力学响应。基于率相关晶体塑性理论,建立了描述体心立方结构金属力学行为的本构模型,同时考虑了主滑移系和次滑移系的运动;确定了合理的材料本构参数,高温压缩实验与模拟得到的真应力-应变曲线基本一致。通过对TA15钛合金高温变形模拟结果进行分析,包括应力和应变分布、滑移系开动情况和晶界面积变化,得出:(1)由于晶粒几何及取向的随机性造成应力和应变分布非均匀性;(2)晶粒间相互作用的复杂性会导致各个滑移系开动的差异性;(3)形变程度越大,晶粒密度越大,晶界面积变化率越大。模拟结果为相变等显微组织演变及多尺度同步耦合提供了参考。     

Grain refinement of LY2 aluminum alloy induced by ultra-high plastic strain during multiple laser shock processing impacts

The plastic deformation behavior and the effects of the impact time on the LY2 aluminum (Al) alloy during multiple laser shock processing (LSP) impacts were investigated. The residual stress in the near-surface region was determined by X-ray diffraction. In addition, the micro-structural features of the hardening layer were characterized by scanning electron microscopy, optical microscopy and transmission electron microscopy. It was found that the micro-structure was obviously refined due to the ultra-high plastic strain induced by multiple LSP impacts. The minimum grain size in the top surface after multiple LSP impacts was about 100–200 nm. The grain refinement process after multiple LSP impacts can be described as follows: (i) the formation and development of dislocation lines in original grains; (ii) dislocation tangles (DTs) and the formation of dense dislocation walls (DDWs); (iii) transformation of DTs and DDWs into subgrain boundaries; and (iv) evolution of the continuous dynamic recrystallization in subgrain boundaries to refined grain boundaries.     

Anisotropic behavior of deep-drawn al 1017 alloy using Macroscopic tensile and cupping tests

This paper presents a macromechanical approach for the determination of microstructural integrity of aluminum 1017 alloy (vis-à-vis recrystallization, recovery, and grain growth). Tensile and cupping tests were carried out on cold-rolled 1.2 mm and 1.6 mm samples. The paper examines the variation of the plastic strain ratio, dislocation density, degree of deformation, and ultimate tensile strength of this alloy in relation to the orientation of rolling using macromechanically based stress and strain models.     

激光冲击强化对焊缝组织性能影响的研究进展

激光冲击强化(LSP)是一种典型的非弹丸撞击式表面强化技术,可有效提高金属材料的抗疲劳能力、抗腐蚀能力、金属耐磨性能和使用寿命,具有应变率高、效率高、强化效果好等优点。焊缝质量直接影响了焊接件的合格率,而焊缝强化一直是一个比较难的挑战。首先,介绍了激光冲击强化的加工原理,总结了激光冲击强化的影响参数及条件,包括激光功率密度、约束层和吸收层、激光冲击次数、光斑搭接率以及激光脉宽。控制强化工艺参数可以使焊缝显微硬度提升50%、残余压应力提升65%以上,大幅度提升抗拉强度,降低疲劳裂纹扩展。其次,综述了国内外研究人员运用激光冲击强化技术对不同材料焊缝强化的研究与应用,重点论述了激光冲击强化对焊缝力学性能和显微组织的显著强化效果,与未强化试样对比,强化后试样的各项性能明显提升。其中针对力学性能,详细分析了显微硬度、残余应力和疲劳裂纹扩展的变化情况,结合残余应力的理论研究、仿真分析、试验论证以及显微组织变化情况,认为激光冲击强化导致马氏体组织发生了碎化,提高了硬度,产生了残余压应力,引起了晶粒细化,进而有效控制了疲劳裂纹扩展,阻止了裂纹产生,提升了疲劳寿命。通过激光冲击强化不同工艺参数的协同作用,可以获得较高的残余压应力和硬度,引起动态再结晶、晶粒细化等微观组织演变以及位错运动,使焊缝力学性能和显微组织产生相互影响。分析认为,激光冲击强化技术是焊缝强化的有效焊接后处理工艺。最后,展望了激光冲击强化技术在焊缝强化领域中的应用前景。