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750μm.当激光功率密度为7.28 GW/cm2...     

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。     

Effect of controlled shot peening and laser shock peening on the fatigue performance of 2024-T351 aluminum alloy

The influence of shot peening, laser shock peening, and dual (shot and laser peening) treatment on the fatigue behavior of 2024-T351 was investigated. Tests showed a fatigue life improvement in all three cases with laser shock peening and dual treatment displaying fatigue performance superior to shot peening. Fractographic analysis showed that the relatively poor performance of the shot peening is caused by ductility loss.     

激光冲击载荷对低合金钢焊件残余应力场的影响

焊接结构的高峰值残余拉应力场会导致焊件整体力学性能下降,提出采用激光冲击处理(Laser Shock Processing,LSP)对低合金钢Q345B焊接结构进行强化,提高其力学性能和抗疲劳性能。数值分析了激光冲击焊缝的过程,并对其进行了试验验证。结果表明:低合金钢Q345B焊件的焊缝部位存在着高峰值的残余拉应力,且分布不均匀,经过激光冲击之后,焊件的力学性能得到明显提高。冲击点区域引入残余压应力,焊缝处的高峰值残余拉应力经过LSP之后转变成残余压应力,且双面冲击引入的残余压应力相对于单面冲击提高了104%。试验结果和模拟结果吻合度良好,为低合金钢Q345B焊件的性能提高提供了新方法。     

残余应力对高速列车A7N01铝合金焊接接头疲劳行为的影响

研究了残余应力在疲劳加载过程中的应力松弛行为,采用预拉伸、表面喷丸等表面预制残余应力的方法预制了表面残余应力,并研究了焊接接头的疲劳性能. 结果表明,在经过1×105周次循环载荷后,各个部位残余应力发生较大松弛,在经过2×105周次后,应力松弛较1×105周次时松弛幅度降低. 在2×105周次后,应力松弛不再明显,最终残余应力分布在拉应力20～40 MPa之间. 当引入残余应力后,各种条件下的实际应力循环比发生了明显的变化,当应力比R≥0时,随着R的增大,平均应力增大,试样的疲劳周次显著下降. 残余压应力会使裂纹萌生的周期缩短,同时加快疲劳裂纹扩展速率.     

激光冲击消除焊接残余应力

对现有焊接残余应力的理论进行分析,讨论激光冲击处理消除焊接残余应力的可行性,认为短脉冲高峰值功率密度的激光冲击焊接接头产生的等离子体冲击波,可使焊接接头表面产生塑性应变,能有效消除焊接残余拉应力。文章设计了激光冲击强化12Cr2Ni4A钢焊接接头试验,通过选择不同焊接材料和焊接方式,设计了4种焊接状态,分别进行激光冲击强化。试验结果表明,激光冲击强化均能消除氩弧焊和等离子焊等焊接方式的焊接残余拉应力,改善焊接接头表面的力学分布,在选用NAK80焊材和等离子体焊方式时,形成的残余压应力幅值高达884MPa,极大提升了焊接接头的力学性能。     

激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

基于激光冲击强化LY12CZ航空铝合金的试验,采用显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA对激光冲击诱发的残余应力场进行数值模拟。对模拟中的关键问题,如加载历史、本构关系、网格划分、求解时间等进行了处理。对激光冲击强化后,冲击区表面和深度方向上的残余应力分布特点进行了分析。研究表明,在最佳激光峰值压力下, LY12CZ航空铝合金经激光冲击后,金属表面产生深度为0.5 mm的残余压应力。模拟和试验结果相比,分布规律具有一致性,最大残余应力相差10.2 %。获得的结果将为激光冲击强化过程的控制,和进一步的实验研究提供理论依据。     

轮齿激光冲击诱导残余应力的数值模拟

采用波长为1064 nm,脉冲宽度为23 ns,光斑半径为5 mm,单次脉冲能量为40 J的激光对渐开线直齿圆柱轮齿齿面进行了激光冲击强化处理,并借助ANSYS/LS-DYNA软件模拟了残余应力场的形成过程;随后运用有限元方法研究了激光脉冲参数对轮齿根部残余应力的影响。结果表明,激光冲击强化后,在轮齿表面及深度方向上通过数值模拟获得的残余应力与实验测量值得到了较好的吻合;对轮齿齿根进行激光冲击强化时,选用脉宽为25 ns、高斯波形的激光加载能够获得较理想的残余应力分布;同时激光冲击强化对圆角半径较小的齿根效果更明显。     

Ti834合金激光冲击强化层显微组织及性能研究

激光冲击强化(Laser shock processing 简称LSP)又称激光喷丸,是一项新的表面强化处理技术。本文采用表面粗糙度仪、X射线衍射仪、显微硬度计分析了激光冲击前后Ti834合金的表面粗糙度、残余应力及显微硬度分布规律,并采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对冲击区域表面形貌及显微组织进行了表征。试验结果表明,Ti834钛合金经激光冲击处理后表面粗糙度、显微硬度和残余压应力均随激光冲击次数的增加而增大。经一次冲击和两次冲击后形成的强化层深度分别为170μm和265μm。由冲击波诱导形成的塑性变形层内可观察到大量位错缠结现象,LSP后位错密度的增加以及形变孪晶的出现有利于提升Ti834合金的机械性能。     

激光冲击强化对AISI202不锈钢焊接接头残余应力的影响

采用两种冲击方式对AISI202不锈钢焊接接头表面进行激光冲击强化处理,利用X射线应力仪测试了激光冲击强化处理后焊接接头的残余应力,研究了单面和双面激光冲击对残余应力分布的影响,分析了残余压应力的形成机理。结果表明,双面激光冲击强化处理效果明显优于单面冲击方式,双面冲击方式能够使试样正反面都获得很大的残余压应力,并且反面的残余压应力水平高于正面,同时使得正反两面残余压应力分布趋于均匀。     

激光冲击工艺对钛合金疲劳寿命的影响

研究激光加工工艺对Ti6A14V航空钛合金叶片表面粗糙度和残余应力的影响，并分析影响表面质量的激光加工工艺参数；探讨表面粗糙度和表面残余应力对叶片疲劳寿命的影响。结果表明，采用激光冲击航空叶片，叶片表面残余压应力大大增强，从而使得其抗疲劳破坏能力增强，而表面粗糙度减小；在激光脉冲功率允许的范围内，选择合适的冲击参数能有效降低叶片表面粗糙度，而表面残余压应力对疲劳寿命的影响起主导作用。     

激光喷丸参数对7075铝合金残余应力分布影响规律的数值分析

为了研究不同激光喷丸参数对残余应力分布的影响规律,较快获取期望的残余应力分布,通过利用有限元软件ABAQUS对激光喷丸过程进行数值模拟,完成了7075航空铝合金靶材在不同冲击波峰值压力、冲击次数、光斑大小及搭接率等工艺参数下的数值模拟。模拟结果表明:随着峰值压力的增加,材料表面残余压应力也增加,当峰值压力增大到一定值时,材料表面残余压应力达到最大;当峰值压力一定时,材料表面及内部残余压应力随光斑大小及冲击次数的增加而增加;随着光斑搭接率的增加,材料表面残余压应力增大,且随着搭接率的增加,表面残余压应力的波动逐渐减小。     

局部激光表面处理对7075铝合金残余应力的影响

结合激光表面处理技术和＂局部工程＂的概念,采用局部激光表面处理方法对7075铝合金进行激光表面处理,以期得到合适的残余应力场,提高7075铝合金的疲劳性能。并结合有限元技术,基于ANSYS计算软件,对激光表面处理过程进行了模拟计算,得到了不同激光处理工艺下的残余应力场分布。     

无保护层激光冲级强化提高K24镍基合金疲劳强度试验研究

无保护层激光冲击强化是一种可以诱导高数值残余压应力和微观组织变化来达到提高金属材料疲劳性能目的的先进表面强化技术。本文的研究目标是通过采用无保护层激光冲击强化提高K24镍基合金的抗疲劳特性。首先,采用高周振动疲劳试验验证了无保护层激光冲击强化效果,疲劳试验结果表明,强化后K24镍基合金疲劳强度相比于未强化试件的282 MPa提高到328 MPa。其次,本文通过采用扫描电镜（SEM）观察、残余应力和显微硬度测试研究了多次冲击对K24镍基合金机械性能以及断口形貌的影响。残余应力测试结果表明,无保护层激光冲击强化后表面形成了压应力,表面最大达到-595 MPa,且影响深度为150 μm。同样3次冲击后表面显微硬度增加到526 HV0.5,深度约为100μm。断口形貌特征表明强化后裂纹源区更加平坦,同时裂纹扩展速率降低。最后,基于疲劳试验和力学性能测试结果进一步讨论了激光冲击强化提高疲劳强度的影响机制。     

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.     

激光冲击强化对紧固孔疲劳寿命的影响(英文)

研究激光冲击对航空铝合金LY12CZ紧固孔疲劳特性的影响,孔的直径为d3 mm。利用X射线衍射法测量残余应力,对试件进行疲劳断裂实验,并用扫描电子显微镜(SEM)观察试件疲劳断口的微观特征。结果表明:激光冲击会在紧固孔端面形成残余压应力,冲击试件的疲劳寿命是未冲击的3.5倍。通过断口的观察和比较发现,冲击后试件的疲劳裂纹源于次表层,而不是源于试件表层,冲击后疲劳断口快速扩展区的疲劳条纹间距比未冲击试件疲劳断口快速扩展区的疲劳条纹间距要小。另外,在冲击试件断裂区的韧窝明显比未冲击的要大,这与冲击时材料内发生塑性变形有关。     

焊接残余应力对7N01铝合金疲劳裂纹扩展影响

焊接残余应力作为平均应力影响裂纹扩展. 将残余应力与外载平均应力分离,通过构建典型焊接残余应力场,借助扩展有限元计算焊接残余应力场的应力强度因子. 开展了紧凑拉伸（CT）试样的疲劳扩展试验,基于Walker公式将裂纹尖端平均应力强度因子K_m（静态量）和应力强度因子幅值ΔK（动态量）分离,获得疲劳裂纹扩展速率da/dN与K_m及ΔK的非线性关系. 结果表明,不同外载荷下,应力比与裂纹长度为非线性关系;残余应力对裂纹扩展存在尺度效应:CT试样裂纹长度小于2 mm时,残余应力场明显影响疲劳裂纹扩展速率;当裂纹长度大于2 mm,外载荷为主导因素.     

超声表面机械研磨处理对6061铝合金FSW接头疲劳行为的影响

利用超声表面机械研磨处理(USMGT)方法对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头进行了表面晶粒细化处理,采用光学显微镜、显微硬度仪、扫描电镜等测试手段,对接头组织、力学性能及疲劳性能进行了分析。结果表明,USMGT处理后焊接接头表面形成了包含大量细化晶粒的梯度细晶层,表面细晶层的形成使接头表面硬度得到提高;接头的宏观断裂位置在热机影响区(TMAZ)和热影响区(HAZ)之间,滚压处理强化试样表层,FSW接头内部TMAZ和HAZ之间出现的软化现象无法消除,相比其他区域,该部分依然是疲劳薄弱区,承受载荷时微观裂纹源萌生位置由表面向内部迁移;滚压处理会使表层引入残余压应力,从而使得接头的疲劳性能得到提高,当应力幅值为150 MPa时,USMGT后的接头疲劳寿命达到未处理的3．5倍。     

Simulation of temperature and stress in 6061 aluminum alloy during online quenching process

The cooling curves of 6061 aluminum alloy were acquired through water quenching experiment. The heat transfer coefficient was accurately calculated based on the cooling curves and the law of cooling. The online quenching process of complex cross-section profile was dynamically simulated by the ABAQUS software. The results suggest that the heat transfer coefficient changes during online quenching process. Different parts of the profile have different cooling velocity, and it was verified by water quenching experiment. The maximum residual stress of the profile was predicted using FEM simulation based on ABAQUS software. The relations between the temperature and stress were presented by analyzing the data of key points.     

Laser shock processing induced residual compression: Impact on predicted crack growth threshold performance

Design credit is not currently taken for laser shock processing (LSP) induced compressive residual stresses in damage tolerant design. The inclusion of these and other compressive stresses in design practice has the potential to dramatically increase predicted fatigue crack growth threshold performance and damage tolerant design life. In the current effort, Ti-6Al-4V coupons will be subjected to shot peening, glass bead peening, and high intensity laser shock processing. The in-depth residual stresses due to processing will be analyzed and then input into a linear elastic fracture mechanics analysis code to predict fatigue crack growth threshold performance. This analysis establishes both the utility and feasibility of incorporating LSP-induced compressive residual stresses into damage tolerant design practice.