球墨铸铁表面激光点状合金化组织及热疲劳性能研究

采用CO2激光器对珠光体基体的球墨铸铁表面进行了点状合金化处理。设计了激光合金化点的分布方案，研究了强化层的组织和性能，对激光处理后的试样进行了热疲劳实验。结果表明，预置TH-2A型C-Si-B-RE合金化涂层，选择适当的激光辐照参数，可以获得表面光洁、硬度高、无裂纹的合金化层。热疲劳实验的循环温度为700 ℃至25 ℃，加热90 s，冷却10 s，共循环90次。实验发现，激光合金化点及其热影响区(HAZ)以外表面区域的热疲劳裂纹萌生主要与石墨球的存在及其圆整度有关，基体中裂纹的扩展在点状合金化区周围受到阻滞。合金化区内热疲劳裂纹同样在合金化区与热影响区的宏观界面被阻滞。热影响区内裂纹萌生主要与热循环过程中产生的氧化物有关，热影响区内极为细化的珠光体团有效地阻滞了裂纹并迫使其只能沿晶界缓慢扩展。     

球墨铸铁预处理对表面激光重熔层开裂倾向的影响

对球墨铸铁表面激光重熔过程中的重熔层开裂倾向及影响因素进行了详细的研究,通过对基体分别进行正火、淬火+回火后进行激光表面重熔的对比试验,考察了在相同的激光重熔工艺参数条件下进行表面重熔处理,发现球铁激光重熔处理前的预处理工艺对重熔过程中的重熔层开裂倾向影响很大,试验结果表明预处理可以改变激光重熔时热影响区的大小、相变产物的显微组织形态,从而改变重熔层的相变应力的分布与大小,进而影响到激光重熔层的开裂倾向。为制定球铁激光重熔预处理的最佳工艺规范提供依据。     

激光冲击强化对K4030高温疲劳性能影响

对K4030镍基高温合金涡轮叶片进行了激光冲击强化,研究了激光冲击诱导残余应力场分布、激光冲击引起的表层硬化以及在350℃、500℃和550℃保温下的热稳定性。实验结果表明:激光1次冲击在表层诱导了-625 MPa的残余压应力,影响深度大于1 mm,冲击次数越大,残余应力幅值和影响深度愈大;功率密度和冲击次数显微硬度有较大影响,激光冲击强化后,其显微硬度有大幅度提升,并形成了一定厚度的变形层,增加冲击次数或者增大功率密度都可提高其幅值,在550℃/60 min保温下,残余应力大部分松弛,但是激光冲击强化引起的表层硬化即诱导的微观组织变化具有良好的热稳定性。激光冲击强化提高涡轮叶片高温高低周疲劳寿命达2.4倍。激光冲击强化诱导的残余压应力和晶粒细化是镍基合金疲劳强度提高的主要原因。     

激光冲击对冷喷涂纯铝涂层表面形貌的影响

为了改善冷喷涂纯铝涂层表面形貌,结合激光冲击强化技术与冷喷涂技术,使用低压冷喷涂设备,以压缩空气作为介质,在镁合金表面上制备了一层纯铝涂层,研究了冷喷涂纯铝涂层在不同激光冲击次数作用下的表面形貌、粗糙度、物相、残余应力和显微硬度的变化。试验结果表明,激光冲击后涂层表面形貌趋于平整,激光冲击1、2、3次后的表面粗糙度相较于原始涂层分别降低了30.67%、50.96%、58.53%,但粗糙度降幅逐渐下降,残余应力状态由拉应力逐渐转变为压应力,涂层表面显微硬度分别提高了16.22%、27.46%、34.49%,单次的增幅呈现下降趋势。首次激光冲击对涂层表面的作用效果最为明显,后续冲击的作用效果不断衰减,总体作用效果随激光冲击次数的增加而不断提升。     

QT600球墨铸铁激光淬火相变层机械性能的研究

利用CO2激光对QT600球墨铸铁进行了淬火处理试验,对其金相组织、显微硬度和耐磨性进行了分析,并用X射线应力仪测定QT600激光淬火后的残余应力分布。试验结果表明,激光淬火后QT600的金相组织为隐品马氏体＋石墨,硬度为60—70HRC,耐磨性提高了46％,表面淬火相变层的残余应力均为压应力,其值在-250MPa以上,将有利于提高QT600材料的使用寿命。     

激光表面重熔对LY12CZ性能的影响

通过控制CO2连续激光器的有关工艺参数,对LY12CZ铝合金进行了激光表面重熔,并对重熔后的试样进行了疲劳实验、疲劳断口分析、金相分析及显微硬度测试.研究结果表明,LY12CZ铝合金经过激光重熔后,疲劳寿命与未经激光处理试样相比无显著差异,疲劳断口显示疲劳裂纹源区出现在重熔区的表层,疲劳裂纹沿着柱状晶的晶界扩展,在基材处瞬断.激光重熔后表层金相组织明显细化,使得材料表层的显微硬度比基体硬度提高了40%.     

激光冲击强化对K4030合金叶片疲劳性能的影响

为研究激光冲击强化对K4030合金叶片疲劳性能的影响,对K4030合金片进行了激光冲击强化,并对强化后的试样进行了表面粗糙度、残余应力、微观组织和显微硬度测试,对叶片进行了复合疲劳试验。测试结果表明,冲击强化前后试样的表面粗糙度没有明显变化;试样在距离材料表面1 mm的深度内产生大于450 MPa的残余压应力;试样冲击强化区内晶界处的晶粒得到了细化;试样在距离表面0.8 mm深度内的显微硬度得到了提高,且表面的显微硬度提高了16%。疲劳试验结果表明,激光冲击强化可显著提高K4030合金叶片的复合疲劳安全寿命。     

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。     

单次激光冲击下板料变形的理论分析

金属板料的激光冲击成形(LSF)技术是利用高能激光诱导的高幅冲击波的力效应，而非热效应。它是在激光冲击强化基础上拓展出的又一崭新的研究领域。根据爆轰波和爆炸气体动力学理论，建立了板料激光冲击成形中，激光-能量转换体-靶材系统的冲击波压力的物理模型和理论估算式。通过对激光冲击波载荷作用下板料变形过程的理论分析，建立激光冲击板料变形的数学模型，得到板料变形量与加工系统中各种参数之间的相互关系，为加工过程中各种参数的合理优化，板料变形过程的有效控制，实现大面积金属板料的激光冲击成形提供了理论依据。     

激光冲击处理对铝锂合金力学性能的影响

采用1420铝锂合金板材制作成中心圆孔疲劳试件和金相试件进行激光冲击处理，通过冲击区外观电镜扫描、疲劳实验和显微硬度测试，结果发现，经激光冲击处理后，铝锂合金表面没有受强脉冲激光和冲击波的破坏，而显微硬度明显提高，疲劳性能大幅度改善，激光冲击处理后的强化区与光斑相当，深度约为1mm。     

球墨铸铁的镍基合金环形光斑激光熔敷

利用环形光斑复合镜对千瓦级横流ＣＯ_２激光器光束进行变换,使光束由圆形变换为环形,用该光束对发动机曲轴常用材料──球墨铸铁进行了镍基合金激光熔敷,阐明了激光熔敷工艺、熔敷层组织结构及硬度特点,并在废弃曲轴上进行了初步试验。     

球铁材料脉冲激光表面强化的实验研究

采用经过二元光学变换后呈二维点阵分布的脉冲激光束对球铁试样作了表面强化处理。对强化前后试样表面的粗糙度、强化层深度、强化层显微硬度分布和耐磨性进行了研究。结果表明,在保证试样表面粗糙度(表面微熔或不熔)的前提下,随脉宽增加强化区层深增加。耐磨性测试表明,脉冲激光强化处理可提高材料耐磨性1.8倍以上。     

球铁点阵分布激光表面强化的微硬度分布

采用经过二元光学变换后呈3×3和7×7 二维点阵分布的脉冲激光束对球铁试样作了表面强化处理。针对点阵分布脉冲激光表面强化球铁材料提出了微硬度分布合理表征的统计方法。即在整个月牙形强化区横截面上按30μm×30μm或30μm×50μm划分网格,沿层深方向按列(行)对网格的交叉点进行硬度测试。然后,利用数学方法对硬度分布进行统计处理并绘制等高线轮廓图。应用表明,对于强化区具有多相交错分布特征的球铁材料,与传统方法相比,采用统计方法能够比较准确地评价强化层深度和微硬度分布特征。同时,在一定程度上揭示了激光强化工艺与强化效果之间的关系。     

激光冲击抗金属疲劳断裂的激光参数优化试验研究

描述了激光冲击参数对２０２４－Ｔ６２铝合金疲劳寿命的影响．当激光脉宽为５０ｎｓ时．试件表面产生有害的热损伤，疲劳寿命无显著性差别．当激光脉宽为１３ｎｓ时．试件表面未产生足够的塑性变形，疲劳寿命提高幅度不大．当激光脉宽为３０ｎｓ时，试件表面形成微凹致密的光亮冲击区．疲劳寿命获得大幅度提高，在９５％的置信度下．激光冲击试件的中值疲劳寿命是来冲击试件的４．２～８．１倍．     

中镍铬无限冷硬铸铁轧辊激光表面强化

本文采用在铸铁轧辊表面上激光熔化预置的合金粉末来改善铸铁轧辊的表面性能.使用金相、扫描电镜和显微硬度计对激光熔化区的显微组织和硬度进行了测试表征.结果表明,激光熔化区与基体形成了冶金结合.由于激光的快速加热和快速冷却造成熔化区的组织细化.激光处理区的硬度由于晶粒细小和强化相的存在而得到提高.经450℃×48h高温回火处理后,激光熔化区的硬度几乎不发生改变.     

激光冲击对金属材料机械性能的影响

用高功率钕玻璃激光装置对铝合金2024T62进行激光冲击处理,激光参数:脉冲宽度(FWHM)为30ns,单脉冲能量为16.5～27.5J,功率密度为1.1～1.6GW/cm2.试验结果表明:激光冲击区的表面硬度提高42%,激光冲击区表层的晶粒得到细化,并且大幅度地提高了铝合金的疲劳寿命,在95%置信度下,激光冲击试件的中值疲劳寿命是未冲击试件的5.4～14.5倍。     

材料的激光冲击处理及其进展

本文系统地论述了激光冲击处理的技术特点、意义及其强化机理，介绍了国外的研究进展，分析了其应用前景．     

球铁曲轴零件的激光冲击强化

采用具有五轴联动数控工作台的高功率钕玻璃激光冲击强化系统，对球铁曲轴主轴颈和连杆轴颈的圆角部位实施冲击强化处理。实验中采用的激光波长为1.06 μm，脉宽为23 ns，脉冲能量为25～40 J。用流动的水帘作为激光冲击的约束层材料，硅酸乙酯作能量吸收层。对冲击后试件的残余压应力、硬度和耐磨性等进行了测量分析。结果表明，球铁曲轴经激光冲击强化后，受冲击部位没有明显的宏观变形，获得了较高的表面硬度和残余压应力，耐磨性比未冲击强化处理提高1.4倍，有效地提高和改善了曲轴的使用寿命。     

激光冲击强化效果的直观判别与控制方法研究

创立了激光冲击强化效果的直观检验与控制方法，通过调整激光参数及工艺细节以控制激光冲击区表面质量，并根据表面质量判断激光冲击强化效果，解决了激光冲击强化技术工程应用的技术关键。从而确保了激光冲击后的所有试件的疲劳寿命皆获得较大幅度的提高     

7050航空铝合金结构材料激光冲击强化处理研究

用自行研制的激光冲击强化处理(LSP)装置对两种重要航空铝合金结构材料7050T7451，7050T7452冲击强化试验，进行了疲劳寿命对比试验。给出了反映疲劳应力水平与结构件寿命对应关系的σm-N曲线。结果表明．在67．3MPa的加载应力水平下，激光冲击处理后7050T7451结构材料的疲劳寿命提高到未经处理的435％，而7050T7452在81．4MPa的应力水平下提高到518%。并对试件进行了激光冲击处理机理的研究。结果显示试件表面具有较大的残余压应力和较高的位错密度。