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。     

激光冲击功率密度对W18Cr4V钢表面性能影响的研究

采用波长1.06μm、脉宽20 ns的钕玻璃激光对W18Cr4V高速钢进行强化。研究了激光功率密度对W18Cr4V钢强化层显微硬度和残余应力的影响。结果表明:经激光冲击强化后的W18Cr4V钢奥氏体晶粒细化,细晶强化作用显著;不同的激光功率密度都能在冲击区横截面上形成由表及里的显微硬度梯度和一定深度的残余压应力层。随功率密度的提高,硬度峰值和最大残余压应力增大,硬化层和残余压应力层的深度增加。当采用3.6 GW/cm~2的功率密度时,表面硬度峰高达1125 HV0.1,表面残余压应力最大值约-220 MPa,并可获得0.8 mm左右的硬化层和1.4 mm左右的残余压应力层。     

无涂层激光冲击强化对40CrNiMo结构钢摩擦磨损性能的影响

目的 采用无涂层激光冲击强化技术诱导残余压应力和细化晶粒,提高40CrNiMo结构钢的显微硬度及耐磨性。方法 采用高功率激光束对40CrNiMo结构钢表面进行激光冲击强化处理,通过显微组织观察、XRD检测、显微硬度测试、残余应力测试、摩擦磨损实验及磨损形貌观察,对比分析未处理试样、有涂层激光冲击强化处理试样和无涂层激光冲击强化处理试样的显微组织、显微硬度、残余应力和摩擦磨损性能。结果 在有/无铝箔涂层、去离子水约束层作用下分别对40CrNiMo结构钢试样进行有涂层/无涂层激光冲击强化处理,诱导产生残余压应力和晶粒细化,试样表面显微硬度分别提高至313.5HV和336.9HV,提高了约13.5%和21.9%,表面最大残余压应力达到–405.3 MPa和–326.6 MPa;有涂层激光冲击强化处理试样的摩擦因数较稳定,降低了约14.1%,而无涂层激光冲击强化处理试样的摩擦因数出现较大波动,在摩擦磨损前期,摩擦因数降低了22.9%;在摩擦磨损中后期,摩擦因数降低了7.9%。未处理试样的磨损量为13 mg,有涂层激光冲击强化处理试样和无涂层激光冲击强化处理试样的磨损量分别为6mg和8mg,减少...     

激光冲击强化对7050铝合金小孔结构残余应力和疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化对7050 T7451铝合金小孔结构显微硬度、残余应力和疲劳性能的影响。结果表明:当激光能量为30 J、光斑直径ø4 mm,冲击2次时,7050 T7451铝合金显微硬度显著提高,表层硬度相对于母材提高约12%且硬化层深度可达1 mm;残余压应力幅值超过300 MPa,影响深度可达约1 mm,明显大于喷丸强化残余应力影响层深度。激光冲击诱导的残余压应力可提高疲劳裂纹的萌生抗力,其较深的残余压应力层则有利于延长裂纹的扩展寿命。激光冲击强化后小孔结构疲劳寿命相对于母材提高了4.7~17.6倍,且其疲劳寿命增益及稳定性明显优于喷丸强化。     

超声滚压强化7075铝合金工件表面性能的研究

目的探究超声滚压强化技术对7075铝合金工件表面性能的影响。方法对7075铝合金棒状试样精车加工后进行了超声滚压强化处理。综合使用粗糙度测量仪、表面显微硬度仪、金相显微镜以及X射线衍射应力分析仪,研究了处理前后工艺参数中的压下量对试样的表面粗糙度、表面显微硬度、表面微观组织及表面残余应力等表面性能的影响。结果超声滚压强化处理后,试样表面粗糙度由0.976μm降低至0.047μm,表面显微硬度由105.6HV0.2提高至119HV0.2,显微硬度提高了15%。精车加工后,精车试样的表层组织与心部组织几乎无变化。超声滚压强化后,相对心部组织而言,表层晶粒组织得到显著细化,表层均为残余压应力,压应力深度为1.75 mm。残余压应力最大值位于最表层,最大为-174.0 MPa,且距离最表层越远,残余压应力总体呈减小趋势。结论通过对比研究精车试样与超声滚压试样,发现超声滚压强化工艺可以大大地降低试样表面粗糙度,显著地细化表层试样晶粒与提高表面硬度,改善残余应力的分布,并引入一定深度的残余压应力。     

激光冲击强化对GCr15轴承钢微观组织和摩擦学行为的影响

目的 激光冲击强化处理后GCr15轴承钢实现表面纳米化,同时其力学性能和摩擦磨损性能得到显著改善。方法 采用激光冲击强化对GCr15轴承钢进行表面强化。使用三维形貌仪、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、显微硬度计、X射线残余应力分析仪(LXRD)以及摩擦磨损实验仪,对GCr15轴承钢经激光冲击强化处理后的微观组织、力学性能和摩擦磨损性能进行研究。结果 经过激光冲击强化处理后,GCr15轴承钢的位错密度增加,马氏体分布更加均匀且宽度下降,电子衍射花样呈连续的环状,说明有纳米晶组织生成;有效提高材料表面硬度,与原始试样相比,硬度提升了5.1%,并引入了大小为947 MPa左右、深度约为900 μm的残余压应力层;平均摩擦因数下降,磨痕宽度和深度都减小,磨损率的下降幅度为17%~21%,磨损机理以磨粒磨损为主,并伴随一定的黏着和氧化磨损,耐磨性得到提高。 结论 激光冲击强化使GCr15轴承钢的位错密度增加、马氏体碎化且碳化物数量增加、粒径下降;提高了GCr15轴承钢的硬度并在材料次表层构建了残余压应力层,残余压应力在滑动干摩擦过程中释放,马氏体晶粒细化和残余应力释放可有效提高GCr15轴承钢的耐磨性。     

激光冲击强化对2524铝合金疲劳寿命的影响

目的探索激光冲击工艺参数对2524铝合金疲劳寿命的影响。方法开展不同激光能量、不同冲击次数下的激光冲击强化实验,测试其残余应力和表面硬度,并进行裂纹扩展实验和显微组织观察。结果激光冲击强化能显著提高材料的表面硬度,且材料的硬度值随着冲击能量和冲击次数的增加而递增,但硬度增长率随冲击次数增多而降低。激光冲击强化在试样表层形成较大的残余压应力,使用6.25 J的激光能量冲击1次,最大残余压应力可达-222MPa,并且残余压应力随着激光能量和冲击次数增加而增加,但冲击强化次数存在阈值。相较于未冲击试样,激光冲击1次的试样的疲劳寿命提升32%,冲击2次的疲劳寿命提升41%。对试样断口进行微观形貌观察,在裂纹长度为28 mm处,未冲击试样、激光冲击1次和冲击2次试样的疲劳条带间距分别为1.06、0.628、0.488μm,裂纹扩展速率分别为1.06×10^-3、6.28×10^-4、4.88×10^-4 mm/N。结论激光冲击强化能显著提高2524铝合金的表面硬度,并在表面产生较大的残余压应力。激光冲击强化能够有效迟滞2524-T3铝合金的疲劳裂纹扩展速率,进而有效延长疲劳寿命。     

TC4钛合金激光冲击强化与喷丸强化的残余应力模拟分析

目的 通过对激光冲击强化和喷丸强化后的试样进行残余应力测试分析,得出两种工艺在残余应力形成机理、残余应力层深以及残余应力均匀性等方面的差异.方法 一方面采用有限元方法 模拟激光冲击强化及喷丸强化的过程,将材料在两种强化冲击下的响应进行对比,研究残余应力的形成过程,并对残余应力场的分布规律进行总结分析.另一方面,分别用两种强化技术处理TC4钛合金的表面,并用剥层X射线衍射实验测试材料表层的残余应力.最后将实验结果 与测试结果 进行对比,验证有限元模拟的有效性.结果 当这两种强化效果产生-500 MPa的表面平均残余应力时,激光冲击强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度可达0.6 mm以上,而喷丸强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度只有0.15 mm左右.结论 由于诱发材料塑性变形的机制不同,激光冲击强化往往能获得比喷丸强化更好的残余压应力深度,同时激光冲击强化的材料的表面残余应力分布也比喷丸强化的材料更均匀.     

激光冲击强化对回转支承用钢42CrMo表面性能的影响

目的研究激光冲击强化对回转支承用钢42CrMo表面形貌、表面硬度、微观组织和残余应力的影响,为后续研究激光冲击强化技术在回转支承上的应用提供指导和依据。方法采用高功率短脉冲的强激光束对回转支承用钢42CrMo试样进行激光冲击处理,然后用共聚焦显微镜进行表面形貌观察,用维氏硬度计测量冲击前后试样的表面硬度,用扫描电子显微镜观察截面微观组织结构,最后运用ABAQUS模拟激光冲击后的残余应力场。结果光斑直径为3 mm,脉冲宽度为8 ns,激光能量为2、3、4、5 J的情况下,激光冲击后产生的微凹坑最大深度分别为2.17、3.54、4.67、6.07μm,材料表面最高硬度较基体分别提高了10.10%、12.58%、13.58%、17.38%,材料表面的最大残余压应力分别为-210、-384、-495、-508 MPa。观察微观组织发现,激光冲击后塑性变形区的板条马氏体长度和宽度较基体材料更小,且分布更加均匀。结论激光冲击强化回转支承用钢42CrMo后,会在材料表面产生微米级的凹坑,并在材料表面和一定深度方向上产生残余压应力。在一定参数范围内,凹坑最大深度、材料表面硬度和最大残余压应力均随激光能量的增大而增大。回转支承用钢42CrMo的激光冲击强化机理是板条状回火马氏体的细化。     

Laser Shock Processing of Metal Sheet and Welded Joints

LASER shock processing uses tense pulse laserinduced the impulsive wave to generate strainhardening,which show dislocation and twin in thesurface of metal in microscope and improvement ofhardness and residual compress stress.LSP can gainmore highly and more deep compressive residualstress layer than those in the case of conventionalpeening,LSP can also keep the smooth surface,whichis more benefit for the improvement of fatigueproperties.With the shocked zone controlled by laser spot,LSPhav…     

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I_SCC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.     

激光冲击强化对不锈钢焊接接头拉伸性能的影响

利用激光冲击强化对12Cr2Ni4A不锈钢焊接接头进行处理,比较了激光冲击一次和二次前后焊接接头拉伸性能、显微硬度和表面残余应力.结果表明,12Cr2Ni4A 焊接试件经过二次激光冲击强化后,显微硬度提高了50%,抗拉强度由818.5 MPa提升至863.8 MPa,并且断裂区域由焊接热影响区转移至基体处,焊接试件的拉...     

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。     

Effects of laser shock processing on stress corrosion cracking susceptibility of AZ31B magnesium alloy

Laser shock processing (LSP) is a new technique for strengthening metals. The effects of LSP on the stress corrosion cracking (SCC) susceptibility of AZ31B magnesium (Mg) alloy were investigated. Water-immersed specimens of AZ31B magnesium alloy were shocked by Q-switched Nd: glass laser with a wavelength of 1064 nm. A fine-grained structure with an average sub-grain size of 5.8 μm was obtained after four laser impacts. Residual stress distribution as a function of depth was assessed by using X-ray diffraction technology. It was observed that with increasing the number of laser impacts, the compressive residual stress near the surface increased. The depth of the compressive residual stress induced by LSP exceeded 0.8 mm from the surface. SCC test in 1 wt.% NaOH solution showed that LSP retarded the SCC initiation and growth in AZ31B Mg alloy.     

Effect of laser shock processing on residual stress and fatigue behavior of 6061-T651 aluminum alloy

Laser shock processing is a very new technique and an emerging modem process that generates compressive stresses much deeper into the surfaces of metals or alloys. A brief parametric study of the effect of laser parameters on fatigue behavior and residual stress state generated in 6061-T651 alloy specimens was summarized. Residual stress of 6061-T651 alloy was analyzed both before and after laser processing with multishocks. The material remains in compressive residual stress of approximate 1 mm in depth which is approximately 10 times deeper than that can be achieved with the conventional technique, and the maximal compressive residual stress at the surface of the sample is about -350MPa. Near the surface, yield strength and hardness are found to be increased by the laser shock. The ratio of fatigue crack initiation life for the laser-shocked to unshocked specimens is found to be 4.9 for specimens. The results clearly show that LSP is an effective surface treatment technique for improving the fatigue performance of aluminum alloys.     

激光冲击处理对焊接接头力学性能的影响(Ⅰ)

当短脉冲、高峰值功率密度 (>10 13 W /m2 )的激光辐射金属靶材时 ,就产生高温、高压等离子体 ,该等离子体受到约束层的约束时产生高强度应力波冲击金属表面并向内部传播 ,在材料表面产生应变硬化 ,称这种表面强化技术为激光冲击处理或激光喷丸。激光冲击处理可以提高材料表层硬度、强度 ,并获得比传统的喷丸技术更深的硬化层或残余压应力层 ,从而更有利于材料疲劳性能的提高 ,为研究激光冲击处理在焊后强化方面的应用 ,本文对 1.6 6mm厚的镍基高温合金GH30、1.2mm厚的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti板材焊缝进行了激光冲击处理 ,对比了激光冲击处理试件和未经激光冲击处理试件焊逢的表层显微硬度、残余应力、抗拉强度和疲劳寿命 ,发现激光冲击处理能提高GH30氩弧焊焊接接头抗拉强度 12 % ,提高 1Cr18Ni9Ti等离子焊接接头疲劳寿命30 0 %以上。     

斜激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件对激光冲击强化过程进行有限元数值模拟,比较垂直冲击和斜冲击后LY12CZ航空铝合金板料的变形和残余应力场的分布。结果表明:斜激光冲击强化会在板材表层产生残余拉应力,并使压应力降低;通过垂直冲击和斜冲击配合使用,可以对激光冲击强化残余应力场进行优化。对激光冲击强化工艺参数的合理优化、板料变形过程的有效控制和进一步的实验研究具有指导意义。     

新型光斑搭接对平顶激光冲击钛合金力学性能的影响

针对平顶光束的特点,为简化工艺,提高加工效率,提出了一种简化加工过程的搭接率工艺方法。采用一种纵向25%、横向56.5%的搭接率工艺,并对该搭接率下的残余应力、显微硬度、高周疲劳极限等力学性进行验证,对比其与传统50%搭接率下的性能差异。结果表明：在新型搭接率下,平顶激光冲击钛合金表面产生的残余压应力均值为-564.5 MPa,影响深度达0.82 mm;在传统搭接率下,表面产生的残余压应力均值为-559.2 MPa,影响深度达0.81 mm。在新型和传统两种搭接率下,平顶激光冲击钛合金表面重叠次数多的位置,显微硬度平均值分别为570.9和562.6 HV_0.3,重叠次数少的显微硬度平均值分别为432.1和453.4 HV_0.3;钛合金截面上的硬化层深度均为0.4 mm。在新型和传统两种搭接率下,平顶光束冲击钛合金的疲劳极限分别为256.3和264.6 MPa。基于平顶光束,与传统工艺相比,简化的新型搭接率工艺可以获得较好的力学性能,并提高加工效率,降低加工成本。     

Overlapping rate effect on laser shock processing of 1045 steel by small spots with Nd:YAG pulsed laser

Lower power lasers operating at higher frequencies, which are much more reliable and economical, have been explored for laser shock processing to improve fatigue and wearing resistance of metals. Laser shock processing with a Q-switched Nd:YAG pulsed laser was attained by the overlap of small laser spots for the treatment of AISI 1045 steel. The changes of mechanical properties of the specimen treated by different overlapping rates were investigated by both experiments and numerical simulation. Surface quality was essentially unaffected after treatment. Plastic affected depth was much shallower than that obtained with larger spot sizes, due to rapid attenuation of shock waves. Induced residual stress field was uniform on the top surface and was enhanced with the increase of overlapping rate. Surface micro-hardness reached a larger value than that reached on the untreated region and was also improved with the increase of overlapping rates. A plastically deformed martensite transformation zone was found in an extremely thin layer near the top surface due to the heat effect.