激光冲击强化对TC17微观组织和表面硬度的影响

为了研究激光冲击次数和冲击能量对TC17钛合金微观组织和表面硬度的影响,采用不同的工艺参量对TC17钛合金进行了激光冲击强化处理。TC17钛合金在激光冲击后,表面形成了剧烈塑性变形和高密度位错,冲击过程中位错发生增殖、塞积、缠结等现象,单脉冲冲击形成的微凹坑的深度最大可达21.4μm;脉冲能量为5J、搭接冲击次数从1次增加到4次时,材料的表面硬度相比母材的增幅分别为8.3%,17.2%,24.3%和24.5%;5J和7J冲击1次时,表面硬度相比母材增幅分别达8.3%和14.2%。结果表明,随着冲击次数和脉冲能量的增加,TC17材料表面硬度随之增加,激光冲击强化使材料表面产生高密度位错,这是其表面硬度增加的关键原因。     

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。     

激光冲击强化TC4微观组织演化及纳米晶形成

为了揭示激光冲击强化诱导的表面纳米晶形成机制,通过电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)对TC4钛合金表层微观组织进行了分析。结果表明,试件表面冲击区域的相分布无明显变化,但平均晶粒尺寸由3.78μm下降至3.18μm,且高水平应变的分布更均匀。激光冲击强化使小角度晶界向大角度晶界转变,织构强度减弱且极向呈多向化分布,晶粒取向分布更随机。截面微观组织依次为表层纳米晶、次表层位错胞、高密度位错和内部带有低密度位错的基体粗晶。分析认为,表面纳米晶是由一系列复杂的位错运动引起的,符合连续动态再结晶机制。试件表面晶体畸变能最大,且瞬态温升高达755℃,因此动态再结晶过程进行得最充分。     

深冷环境下激光冲击波在单晶钛中的传播及位错扩展特性

采用分子动力学方法对深冷环境下(77K)的单晶钛内诱导的位错扩展进行了模拟,使用共同近邻分析(CNA)法分析了温度对位错扩展的影响,系统研究了激光冲击波在深冷环境和常温环境条件下沿[0001]方向的冲击传播特性。结果表明,[0001]方向上单晶钛的激光冲击波为弹塑性双波结构。深冷环境下激光冲击波后材料内部出现大量位错,塑性变形主要表现为不全位错的发射和传播。冲击应力和剪切应力与激光冲击波速度呈线性关系。深冷环境下的激光冲击波速度与冲击波压力均高于常温下的,冲击波速度提高了9%~10%,冲击波压力增加了8%。深冷激光冲击通过抑制动态回复从而诱导高密度位错,进而显著改善材料强度,为深冷激光冲击强化机理的研究提供了参考。     

铜箔激光冲击微成形微观组织与残余应力研究

为了研究激光成形方式对成形轮廓和微观组织的影响,采用厚度为40μm和80μm的T2铜箔进行激光冲击微胀形和微拉深实验。同时使用ABAQUS有限元仿真对实验进行模拟,研究不同变形方式下箔材位移和残余应力场。结果表明,激光冲击微胀形后铜箔变形区域出现颈缩,激光作用区域内变形机制主要为位错滑移、变形扭曲晶粒和机械孪晶;箔材上表面（激光冲击表面）为残余拉应力,最大值约为372.3MPa,箔材下表面（背向激光冲击面）为残余压应力,最大值约为-218.7MPa;而对于微拉深,箔材成形轮廓过渡圆滑,厚度分布均匀,光斑作用区域内出现大量位错露头和一些机械孪晶,箔材上表面为残余压应力,最大值约为-365.6MPa,箔材下表面为残余拉应力,最大值约为203MPa。这一结果对激光冲击箔材成形控制是有帮助的。     

强短脉冲激光冲击薄板高速变形的实验研究

强短脉冲激光冲击材料成形是一种高应变率的过程。很多已有测试手段由于响应带宽不够而无法进行有效测量。常用的任意面速度干涉仪(VISAR)价格昂贵、测试方法复杂,且存在条纹缺失。采用一种简单的光电测试系统探测出铝薄板在强短脉冲激光冲击下的高速变形过程。通过标定输出电压与变形量的关系,分析出薄板被冲击中心点的位移和速度,与文献仿真结果规律一致,计算出在8 J激光能量冲击时间内平均变形速度为8.49×104m/s。并由阻尼振动和弹性形变叠加的模型拟合出激光冲击薄板的形变过程,根据拟合系数计算出薄板的振动速度和塑性变形值,为分析和控制激光冲击变形工艺提供了依据。     

激光冲击AZ31镁合金抗腐蚀性能研究

利用钕玻璃脉冲激光对AZ31镁合金表面进行激光冲击处理,金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)微观组织表明激光冲击波导致镁合金表面层(强化层约0.8mm)产生超高应变速率的塑性变形,晶粒内部存在大量位错和孪晶,高密度位错相互缠结,并与孪晶相互交叉导致晶粒细化。镁合金冲击表层硬度比基体提高约58%,表面残余压应力达120MPa。在质量分数为3.5%NaCl溶液中,采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸应力腐蚀试验研究其冲击后的腐蚀行为,结果表明激光冲击后自腐蚀电位提高,腐蚀电流增大,抗腐蚀性有所降低,但激光冲击后镁合金抗应力腐蚀性能提高。     

TiAl合金激光冲击强化工艺探索及强化机制研究

主要研究航空常用材料TiAl合金激光冲击强化效果,当激光诱导产生的冲击波大于TiAl合金的动态屈服强度时,材料表面发生塑性变形,并引入大量的位错等晶体缺陷,从而达到表面强化的目的。通过调整激光冲击的次数和激光的能量等因素,得到不同工艺参数下TiAl合金的显微硬度和表面粗糙度。对其微观结构进行透射电镜观察,并与未进行冲击的试样进行对比分析,可以看出激光冲击强化可以有效地提高受冲击表面的位错密度,当位错运动受阻形成位错线的塞积,导致位错缠结;位错受到晶界的阻碍在晶界堆积,形成位错墙,位错墙与位错缠结最终导致亚晶界的形成,为后期晶粒细化做准备,通过分析激光冲击强化机制,揭示了位错密度是材料表面力学性能提高的本质。     

激光冲击强化对TC17钛合金高周疲劳性能的影响

为了研究激光冲击强化对TC17钛合金高周疲劳性能的影响,对TC17钛合金进行激光冲击强化处理,并对处理前后的试样进行了高频疲劳试验,对疲劳断口和形貌用扫描电镜和透射电镜进行了观察。7J能量激光冲击2次后,材料在300MPa下的疲劳寿命相比未处理的材料提高了近2倍;相比于母材试样,强化试样的裂纹源位于次表层深处,扩展区的疲劳条带排列更加紧密。结果表明,激光冲击强化后,试样表面强化区域产生高密度位错和位错缠结。这些缺陷能有效地阻止疲劳裂纹的萌生和扩展,进而改善TC17钛合金的高周疲劳性能。     

不同冲击次数下激光冲击对TC11钛合金的影响研究

利用激光冲击强化技术对TC11钛合金进行处理,通过电子透射显微镜、残余应力测试仪和显微硬度计分别分析了TC11钛合金激光冲击前后微观组织、残余应力和显微硬度的影响.实验结果表明:表面微观组织在不同冲击次数下呈现出位错密度-位错胞-纳米晶的细化过程,且纳米晶随着冲击次数增加而变得更加细小、均匀;材料表面产生了-540 MPa以上的残余压应力,且显微硬度也得到显著提高,幅度达到20％左右,不同次数下硬度影响深度由600 μm增至1200 μm.     

TC4钛合金板激光冲击成形实验研究

首次对TC4钛合金板进行了激光冲击成形实验研究,实现了TC4板的激光冲击成形。并利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了冲击成形后试样组织结构和表层硬度的变化。实验结果表明激光冲击成形技术不但可以实现对TC4钛合金板的成形,而且还可以提高了TC4钛合金板的物理和力学性能。最后通过与SUS304不锈钢成形效果的比较,说明了TC4钛合金比SUS304不锈钢更难成形。     

AlMgSc合金板激光冲击成形实验研究

A lMgSc是航空航天等尖端领域的一种新型轻合金结构材料。利用江苏大学强激光研究所的高功率钕玻璃激光器对A lMgSc合金板进行了激光冲击成形实验研究,用TaylorHobson三坐标表面轮廓测量机测量了冲击后板料的变形量以及表面的粗糙度。实验结果表明:约束层的刚度越大,激光诱导的冲击波力越大,板料的变形量越大;当只有激光能量大于某一临界值(该值与材料本身有关)时,板料的变形量才随着凹模孔径的增大而增大;板料的变形量随着半径方向的冲击波压力变化而不同。最后介绍了压力测量原理及其公式。     

中空激光冲击金属板料变形的数值模拟

为了研究中空激光参量对金属板料变形的影响,采用数值仿真的方法,选用不同的中空激光参量对3003铝合金板料进行了冲击成形数值模拟,分析了板料变形的动态响应过程以及成形规律。结果表明,中空激光加载后,板料获得初速度,光斑区域的速度逐渐减少,区域外的速度逐渐增加,带动整个板材的运动;与实心激光冲击板料变形比较,板料底部变形区较为平坦,变形比较均匀,提高了板料的成形性和成形极限。该研究通过选择不同的中空激光参量获得板料的成形规律,为中空激光冲击成形技术提供了依据。     

激光冲击处理不锈钢及镍基合金后表面力学性能的研究

利用激光冲击强化技术分别对奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti和镍基高温合金 GH30进行了表面强化处理 ,观察了激光表面强化处理后 1Cr18Ni9Ti和 GH30显微组织与结构的变化 ,测定了1Cr18Ni9Ti和 GH30的显微硬度和残余应力 .结果表明 ,激光表面强化处理后的 1Cr18Ni9Ti和GH30冲击区微观结构中出现很高的位错密度和大量的孪晶 ,冲击区的显微硬度得到较大提高 ,冲击区表面获得了较高的残余压应力 . 1Cr18Ni9Ti冲击区还发生了形变诱发马氏体相变 .     

铝合金板激光冲击变形实验及有限元模拟

为了研究金属板料在脉冲激光辐照下的响应、激光冲击下板料的变形特性、激光脉冲能量对金属板料变形量的影响以及脉冲激光光斑内冲击波压力的分布情况,采用高功率钕玻璃激光系统对LD31板进行了单次冲击变形实验,同时利用有限元软件ABAQUS对板料变形过程进行了模拟。结果表明,激光冲击条件下板料变形时呈现粘塑性性质;激光脉冲能量是影响板料变形量的主要因素,且板料变形大小随脉冲能量的增加呈非线性增大;激光冲击时激光光斑作用区域内冲击波压力并不是均匀分布,而是沿径向减小。     

激光半模冲击成形中板料反向变形现象研究

为了研究激光半模冲击成形在工业领域的实际应用,利用钛合金薄板作为试样进行波形零件的冲击试验,冲击过程中发现试样局部区域产生了反向变形,尤其在薄板中心区域反向变形现象更为严重.板料的反向变形使板料不能与凹模密切贴合,严重影响了冲击成形的质量.通过分析发现,由于激光能量较高,使板料与凹模凹陷处接触时的残余速度过高,从而导致板料与凹模发生剧烈碰撞.当板料因碰撞产生的反向运动速度大于板料反向屈服的速度阈值时将会产生影响成形质量的反向变形.通过调整激光能量避免了反向变形的发生,得到了理想的波形零件.实验与分析的结果表明,在满足半模冲击成形塑性变形量的基础上,采用较低的激光能量,既可避免反向变形的产生,又可保证半模冲击成形的质量.     

激光喷丸对Ti-6Al-4V钛合金中高温性能影响研究

为了研究激光喷丸对中高温条件下Ti-6Al-4V钛合金残余应力、微观硬度及金相组织演变的影响,采用高功率、短脉冲Nd:YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行了激光冲击,并将冲击后的试样分别置于400℃,500℃,550℃和600℃的温度下进行了1h的保温处理。利用X射线衍射仪对强化区域的残余应力进行了检测,通过扫描电镜及透射电镜对微观组织进行表征,探究了强化效果与晶粒尺寸、位错运动间的联系。结果表明,激光喷丸处理在试样表层诱导产生较大幅值残余压应力,显微硬度提高;经550℃热处理1h后,残余应力影响层深约为100μm;经400℃、600℃热处理1h后,试样表层微观硬度分别下降了8.3HV和20.1HV;热处理后,晶粒尺寸总体呈现增大趋势。激光喷丸处理可以有效提高Ti-6Al-4V钛合金中高温力学性能。     

激光斜冲实验与理论研究

金属板材的激光冲击成形通常采用激光束沿法向作用于零件表面,产生垂直于表面的冲击波作用力,但在曲面零件冲击成形时很难满足每次都为法向垂直冲击,因此非常有必要进行斜冲击研究。用钕玻璃激光器斜冲击LD31(6063)板料,并使用千分尺对变形特征进行了测量,实验表明等离子体的迎光性以及等离子体与激光之间的相互作用使得等离子体逆着激光方向斜膨胀,产生的应力波则顺着激光方向斜冲击板料,造成了被冲击板料变形的偏心。在激光能量约为42 J,脉冲宽度约为23 ns,光斑直径为8 mm,入射角度约为0°,30°,60°时,板料的偏心依次为1.00 mm,1.68 mm,3.77 mm,深度方向变形依次为5.60 mm,5.00 mm,3.00 mm,变形最大点显微硬度提高率依次为50%,33.3%,25%。