激光冲击强化对7050-T7451铝合金残余应力和力学性能的影响

对7050-T7451铝合金试样进行激光冲击强化,研究不同激光功率密度和冲击次数对铝合金残余应力和性能的影响。试验结果表明:激光冲击强化可以有效提高试样表面显微硬度,且硬度随着冲击次数的增加而增大,最高达172 HV0.05,较未强化试样提高了17%,硬度影响层深度可达750 μm。当激光功率密度为7.28 GW/cm²时,激光冲击1次后试样表面粗糙度为0.279 μm,比原始磨削表面的粗糙度下降了22.5%,随着冲击次数的增加,表面粗糙度逐渐增大,但均小于原始表面粗糙度。激光冲击强化可以大幅提高试样表面残余压应力,当激光功率密度为7.28 GW/cm²、冲击3次时残余压应力最大,可达－227.0 MPa。当激光功率密度为4.37 GW/cm²、冲击3次时,激光冲击强化可以有效提高试样的疲劳寿命(大于10⁶次),相比未强化试样提高2.3倍。激光冲击强化后表面残余压应力和显微硬度大幅提升可以有效抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,从而提升7050-T7451铝合金的抗疲劳性能。     

光斑搭接率对1Cr11Ni2W2MoV钢激光冲击强化性能的影响

对1Cr11Ni2W2MoV马氏体不锈钢进行了不同光斑搭接率下的激光冲击强化处理,并对不同部位的表面残余应力和显微硬度进行了测试,研究了光斑搭接率对激光冲击强化效果的影响.结果显示,随着光斑搭接率的增加,残余压应力和显微硬度均有所提高,不同部位残余压应力和显微硬度值的波动明显减小,搭接率由50%增加到75%,残余压应力波动减少60%,显微硬度波动减少65%.因此提高光斑搭接率可以优化冲击光斑周围的残余应力和硬度分布.     

激光冲击强化对太阳能热发电用渗铝钢显微组织和高温拉伸性能的影响

目的研究激光冲击强化前后,渗铝321不锈钢的显微组织变化和高温拉伸行为。方法采用固体粉末包埋渗铝法对321奥氏体不锈钢板材拉伸试样进行渗铝处理,制成渗铝钢,再对渗铝钢中间8 mm?25 mm标距段进行双面激光冲击强化处理,激光波长为1064 nm,单脉冲能量为7 J,脉宽为20 ns,冲击次数为1次和3次,圆光斑直径为2.6～3 mm,搭接率50%,黑胶布为保护层,水为约束层,并评价激光冲击前后渗铝钢表面完整性。对渗铝钢在620下进行高温拉伸试验,获得真应力-真应变曲线、屈服强度、抗拉强度以及断后延伸率,并在扫描电镜下观察拉伸断口微观形貌。结果渗铝钢的表面粗糙度和显微硬度随着激光功率密度和冲击次数的增加而提高。激光冲击强化后的渗铝钢表现出更高的屈服强度、抗拉强度和断后延伸率,其中,以6.59 GW/cm2激光密度三次冲击的渗铝钢的高温拉伸性能最佳。激光冲击强化后的渗铝钢高温拉伸断口表现出韧性断裂特征。结论激光冲击强化后,渗铝钢表面发生明显塑性变形,形成了起伏较大的凹坑和凸台,改变了材料粗糙度。表面晶粒细化、位错运动加剧以及位错增殖使得材料表面硬度和激光冲击硬化影响层深度提高;另外,引入的高幅残余压应力的释放能够抵消外加拉应力,延缓表面裂纹的形核和扩展。激光冲击强化显著改善了渗铝钢力学性能。     

激光参数对Ti6Al4V钛合金激光冲击成形的影响

研究在Ti6Al4V合金激光冲击成形过程中,不同激光参数对板料弯曲角及表层硬度的影响。结果表明:当激光功率密度小于3GW/cm2时,弯曲角随着激光功率密度线性增加,激光功率密度超过3GW/cm2时,由于表面熔化现象的出现,弯曲角出现减小的趋势;板料弯曲角随冲击次数的增加也呈线性增长,但弯曲阻力的增加使得弯曲角的增长速度逐渐减慢;随着激光功率密度的增加,材料表面冲击区的硬度增高,表面硬化层的显微硬度最高达HV490,硬化层厚度约为1.0mm。     

高频率Nd∶YLF平顶激光冲击对TC6钛合金表面应力及微变形的影响

为了研究高频率条件下激光冲击强化对TC6钛合金表面应力和变形的影响规律,采用Nd∶YLF平顶激光在10 Hz重复频率条件下对TC6钛合金试样进行了激光冲击强化试验,并分析了激光能量和冲击次数对试样表面残余应力和表面变形的影响。采用XL-640型X射线应力测定仪测量冲击前后TC6钛合金试样表面残余应力,利用Contour GT-X3型白光干涉仪测量试样的三维形貌和表面粗糙度。结果表明,对于Nd∶YLF平顶激光冲击强化,应优选30%的光斑搭接率,50%搭接率易引起试样表面烧蚀;随着激光能量和冲击次数的增加,试样表面残余应力、表面变形及表面粗糙度都有所增加;对于单光斑非搭接区域,试样表面变形的变化梯度较为平缓,光斑搭接区域,试样表面变形近似呈现“V”形变化。此研究为Nd∶YLF平顶激光冲击强化在钛合金材料上的应用提供了一定的技术参考。     

冲压模具激光表面强化的搭接工艺研究

针对激光相变强化搭接带存在的回火软化等问题,对激光强化的球墨铸铁材料QT700-2搭接区的显微硬度、表面粗糙度、物相变化等进行了测试,并分析了强化机理。结果表明:选用合理的搭接率等工艺参数,球墨铸铁激光搭接强化后的硬度可达到50HRC以上,调节搭接宽度可以避免搭接区的回火软化问题。多道搭接强化后表层的马氏体组织呈区域性交错分布,材料表面形成非均匀、多尺度强化结构,强化后的表面具有良好的耐磨性和耐疲劳性。通过上述结果,对材料激光搭接强化的工艺参数进行了合理的优化。     

激光冲击改善W6M05Cr4V2(M2)高速钢刀具材料耐磨性的研究

目的 研究激光冲击强化(LSP)技术对M2高速钢材料表面抗磨损性能的影响.方法 采用高功率短脉冲的强激光束对M2试样进行激光冲击处理,然后用显微硬度计测量试样冲击区横截面上的纵向显微硬度,用磨损试验机对冲击处理前后的试样进行磨损实验.结果 在铝箔涂层、流水约束层作用下对M2高速钢试样进行激光冲击强化处理,试样强化层中的奥氏体晶粒显著细化.试样冲击区横截面上形成了由表及里的纵向显微硬度梯度,获得了深约0.6 mm的硬化层,表层材料显微硬度峰值高达70HRC左右,比基体硬度提高10％左右.激光冲击处理后的M2试样表面较光洁,磨痕较少,磨痕底部相对平滑,犁沟深度较浅,磨损量较小,稳定磨损阶段较长,表面呈现较好的抗咬合性和较高的耐磨性.结论 经激光冲击处理后,M2高速钢材料强化层所获得的较细晶粒和较高硬度有效改善了表面抗磨损性能,进一步提高了M2高速钢刀具的切削性能与使用寿命.     

激光冲击改善W6Mo5Cr4V2(M2)高速钢刀具材料耐磨性的研究

目的研究激光冲击强化(LSP)技术对M2高速钢材料表面抗磨损性能的影响。方法采用高功率短脉冲的强激光束对M2试样进行激光冲击处理,然后用显微硬度计测量试样冲击区横截面上的纵向显微硬度,用磨损试验机对冲击处理前后的试样进行磨损实验。结果在铝箔涂层、流水约束层作用下对M2高速钢试样进行激光冲击强化处理,试样强化层中的奥氏体晶粒显著细化。试样冲击区横截面上形成了由表及里的纵向显微硬度梯度,获得了深约0.6 mm的硬化层,表层材料显微硬度峰值高达70HRC左右,比基体硬度提高10%左右。激光冲击处理后的M2试样表面较光洁,磨痕较少,磨痕底部相对平滑,犁沟深度较浅,磨损量较小,稳定磨损阶段较长,表面呈现较好的抗咬合性和较高的耐磨性。结论经激光冲击处理后,M2高速钢材料强化层所获得的较细晶粒和较高硬度有效改善了表面抗磨损性能,进一步提高了M2高速钢刀具的切削性能与使用寿命。     

Effect of Multiple Laser Shock Processing on Microstructure and Mechanical Properties of Ti-5Al-4Mo-4Cr- 2Sn-2Zr Titanium Alloy

对Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr钛合金进行了不同能量和冲击次数的激光冲击强化,通过残余应力、显微硬度、XRD和TEM分析其对力学性能和微观组织的影响。结果表明,功率密度和冲击次数对残余应力和显微硬度都有较大影响,激光冲击强化后,显微硬度和残余应力都有大幅度提升,并形成一定厚度的变形层,增加冲击次数或者增大功率密度都可提高其幅值和影响深度。不同冲击参数下的XRD测试表明,激光冲击强化后衍射峰位置没有发生变化,但有展宽。激光3次冲击后可在表面形成一层纳米晶,晶粒大小为30~60 nm,且取向随机。位错运动是Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr钛合金晶粒细化的主要原因。     

多次激光冲击强化对Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr钛合金微观组织及力学性能的影响（英文）

对Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr钛合金进行了不同能量和冲击次数的激光冲击强化,通过残余应力、显微硬度、XRD和TEM分析其对力学性能和微观组织的影响。结果表明,功率密度和冲击次数对残余应力和显微硬度都有较大影响,激光冲击强化后,显微硬度和残余应力都有大幅度提升,并形成一定厚度的变形层,增加冲击次数或者增大功率密度都可提高其幅值和影响深度。不同冲击参数下的XRD测试表明,激光冲击强化后衍射峰位置没有发生变化,但有展宽。激光3次冲击后可在表面形成一层纳米晶,晶粒大小为30~60 nm,且取向随机。位错运动是Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr钛合金晶粒细化的主要原因。     

面向盾构机密封跑道修复的激光熔覆Fe基涂层制备工艺

为探究激光熔覆再制造修复工艺对盾构机密封跑道磨痕的修复效果,采用送粉式激光熔覆工艺在42CrMo钢基体表面制备了Fe55铁基自熔合金涂层。基于L₁₆(4³)正交试验探究了激光功率、熔覆速率和搭接率对涂层表面形貌、横截面特征参数、稀释率、显微组织、硬度的影响规律和作用机理。极差分析表明,稀释率随激光功率和熔覆速率的增加均呈上升趋势,其中激光功率对涂层硬度影响最大,最大涂层硬度约为基体硬度的2.15倍。Fe55涂层的摩擦因数较基体明显降低,涂层耐磨性优良,其磨损体积较基体降低1.09×10^-2 mm³,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。     

液压千斤顶活塞杆用激光熔覆研究进展

综述了液压千斤顶活塞杆激光熔覆的研究进展,包括材料体系、耐蚀性能、耐磨性能、硬度、疲劳性能以及熔覆效率等方面。探讨了活塞杆常用熔覆层耐蚀性能的评价方法、性能参数及影响因素。各种试验结果表明,熔覆层的稀释和表面缺陷对耐蚀性能有不利影响,应通过工艺过程控制,同时完善检测手段;分析了液压千斤顶活塞杆的磨损机理及评价方法,重点探讨了常用材料在三体磨粒磨损与二体磨粒磨损工况下的耐磨性能,发现三体磨粒磨损和二体磨粒磨损对材料的硬度要求不同;考虑到第二相硬化导致耐蚀性能的降低,不应刻意通过第二相强化手段提高材料硬度而保证耐磨性能,应通过结构设计和维护保养避免磨粒磨损,在此前提下,保证熔覆层硬度在450HV左右是合适的。激光熔覆导致材料疲劳寿命的降低,主要原因在于残余拉应力和表面缺陷。鉴于加工硬化对熔覆层硬度和应力状态的影响,应进一步加强在疲劳寿命方面的研究,以进一步加快应用。为提高熔覆效率,在保证低稀释率的前提下,通过降低熔覆层的厚度,进而提高熔覆效率的方法是一种新的研究方向。     

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。     

抗冲击磨损奥氏体堆焊材料

针对具有冲击磨粒磨损工况条件，成功研制出了一种奥氏体堆焊材料EKCM50。该堆焊材料为Fe-Mn-Cr-Mo-V合金系，通过耐磨性对比试验分析，堆焊合金耐磨性能优于D256焊接材料。经过加工硬化冲击试验，EKCM50焊接材料堆焊层硬度由32HRC升高到45HRC，经过冲击磨损试验，40min后，试验材料堆焊磨损失重几乎不变。通过对该材料的加工硬化和磨损性能的试验研究，探讨了此种奥氏体材料的加工硬化及耐磨机理，以及加入的合金元素对该焊接材料的耐磨性及耐磨机理的影响规律。     

Laser surface hardening of gray cast iron used for piston ring

The process parameters for laser surface-hardening has been experimentally established for improving the wear life of piston rings used for marine diesel engines by the formation of a proper hardened layer on it. The parameters of interest were the laser power and travel speed. Various hardened layers of gray cast iron were analyzed with respect to microstructure, hardness value, hardening depth, surface roughness, and wear resistance. The hardness of the laser-hardened layer was in a range between 840 and 950 Hv0.1, regardless of the laser power and travel speed range studied. Both the surface roughness and hardening depth increased in an almost linear manner with the increase in the heat input applied. Thus, the hardened layers formed with heat input ranges between 30 and 45 J/mm satisfied the piston ring application requirements for surface roughness (<6.3 μm in Ra) and the minimum effective hardening depth of 0.3 mm (>450 in Vickers number). Wear-test results obtained using a pin-on-disk-type wear-test machine showed that the wear life of the laser-hardened layer was almost twice that of the untreated one. This was directly attributed to the formation of the martensitic microstructure.     

AZ31B镁合金盐浴碳氮钒共渗工艺

为提高AZ31B镁合金的表面硬度,改善其摩擦磨损性能及耐蚀性能,采用盐浴碳氮钒共渗工艺在AZ31B镁合金表面形成高硬度碳、氮化合物渗层,并用数字显微硬度计、光学显微镜、X射线衍射仪、X射线能谱仪、摩擦磨损试验和电化学测试分析渗层表面硬度、截面显微形貌、渗层表面物相组成、耐磨性和耐蚀性等。结果表明,盐浴碳氮钒共渗处理使AZ31B镁合金表面形成主要由VC、VN等高硬度金属化合物组成的渗层,渗层表面硬度最高达到283.1 HV0.05,相比原始试样和碳氮共渗处理试样分别提升280%和62%;相比原始试样,碳氮钒共渗试样的摩擦因数和磨损量分别降低约30%和50%,自腐蚀电位提高60 mV,自腐蚀电流密度降低一个数量级,表明盐浴碳氮钒共渗工艺能够显著提高AZ31B镁合金的表面硬度,提升其摩擦磨损性能及耐蚀性能。     

两种钢冲击腐蚀磨损性能的对比研究

研究了在酸性铁矿石浆料及2.0J冲击功条件下,高锰钢及新型低碳高合金钢衬板的冲击腐蚀磨损性能和机制.结果表明,在相同试验条件下低碳高合金钢的冲击腐蚀磨损性能要优于高锰钢的.低碳高合金钢短时间内的冲击腐蚀磨损机制主要为显微切削,随着时间的延长,变为以浅层小块疲劳剥落为主;而高锰钢短时间内的冲击腐蚀磨损机制主要为浅层累积变形疲劳剥落和腐蚀磨损,随着时间的延长变为相对较深层的疲劳剥落和腐蚀磨损.     

光纤激光淬火对凸轮用45钢表面磨损性能的影响

为了提升凸轮表面耐磨性,采用YLS-4000型光纤激光器通过不同的激光功率对基体材料45钢表面进行激光淬火。通过SEM观察激光淬火前后材料表面和界面形貌,金相显微镜观察组织形貌,通过HVS-1000A型显微硬度仪测试了试样表面硬度,并测试了试样的摩擦因数和磨损形貌。结果表明:淬火层界面显微组织为淬火马氏体及少量残余奥氏体,在激光功率1 000~1 800 W时分别获得淬硬层深度为0.3~0.8mm的单道热影响区;淬硬层硬度分布基本均匀,平均硬度约为547~765HV,比基体硬度提高了2~3倍,激光淬火后组织细化和形成大量马氏体是硬度提高的主要原因;在一定激光功率范围内(1 200~1 800 W),激光淬硬层的抗磨损性能比基体有较大的提升,且当激光功率为1 600 W时能获得最佳的磨损性能。     

45Mn钢发动机链板激光淬火表面的组织及力学性能

针对大型船舶发动机链条内外链板之间磨损严重的问题,提出采用激光淬火表面改性技术来提高链板表面力学性能的方法,并对45Mn钢表面进行单道和多道激光淬火试验,分析了其激光淬火后的显微组织和硬度变化规律。结果表明,单道激光淬火后形成了以板条马氏体与细小马氏体为主的相变硬化区。当激光功率为300～900 W、扫描速度为5～20 mm/s时,45Mn钢单道激光淬火后的表面硬度为850～950 HV,有效硬化深度约为0.63 mm,在基本没有改变表面粗糙度的前提下降低磨损体积,为未激光淬火时的45.1%～53.0%。多道搭接激光淬火形成以回火马氏体为主的软化区。经搭接率为30%的多道激光淬火后45Mn钢表面硬度较为平均,回火软化区的宽度为0.68 mm。     

D2车轮钢原始组织对滚动磨损性能的影响

目的研究原始组织对D2车轮钢滚动磨损性能的影响,探索车轮耐磨性(多边化)的科学控制,为轨道交通关键材料设计和伤损控制提供理论和试验依据。方法使用GPM-30摩擦磨损试验机对原始组织分别为片状珠光体+先共析铁素体(P+F)和回火索氏体(TS)的D2车轮钢试样进行干摩擦风冷滚动磨损试验。通过测量磨损量、观察宏观磨损形貌和测量维氏硬度对磨损性能进行评价,通过扫描电子显微镜和光学显微镜对磨损形貌、截面组织进行观察分析。结果 TS试样更容易形成多边化现象,多边化现象的产生会加速试样的磨损。TS试样的磨损量以及磨损速率均高于P+F试样。运行2×10~5转后,P+F试样以及TS试样的表面磨损机制均以粘着磨损和氧化磨损为主,TS试样表面的剥落坑较多且深,粘着磨损程度更严重,粗糙程度更高。TS试样原始硬度较高,硬化幅度较低,约78%。P+F试样虽然原始硬度较低,但其硬化幅度可达95%,磨损后硬度更高,硬化层更厚。结论 TS试样内以铁素体变形细化的硬化效果为主,P+F试样内产生铁素体细化和渗碳体变形共同硬化的效果。在干摩擦滚动磨损条件下,原始组织为P+F的试样在磨损过程中硬化效果更突出,抗多边化能力和耐磨性能更好。