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。     

中高温条件下6061-T651铝合金激光冲击强化研究

利用高功率、短脉冲Nd∶YAG激光对6061-T651铝合金进行表面冲击强化处理,并分别在200℃、300℃、400℃和500℃的温度下对其进行性能测试,从残余应力、显微硬度和微观组织等方面分析了激光冲击处理(LSP)对其在高温条件下性能的影响。研究结果表明中高温条件下激光冲击6061-T651铝合金的强化效果明显。200℃和400℃时试件的最大残余压应力出现在次表层,且温度越高残余压应力释放得越快,激光冲击硬化层深度约为0.3mm,500℃时的晶粒平均尺寸要比400℃时的大,晶粒尺寸和强化相是提高硬度的主要原因,不连续且粗大的晶界析出物提高了6061-T651铝合金的抗腐蚀性能。     

渗铝对K417激光冲击强化效果的影响

激光冲击强化(LSP)可以显著提高铸造镍基高温合金K417的抗疲劳强度。为提高K417在高温下的抗氧化和燃气腐蚀性能必须进行渗铝处理,研究了渗铝对K417激光冲击强化效果的影响。由残余应力在900℃保温的变化分析表明,虽然冲击后产生的残余压应力在高温下会部分释放,但是根据振动疲劳试验,激光冲击强化后材料疲劳强度为285.5 MPa,再渗铝后疲劳强度提高到339.5 MPa。结果表明,渗铝和激光冲击强化工艺可同时使用。     

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。     

激光冲击对K403合金激光熔覆修复微观组织和性能的影响

针对激光熔覆修复K403镍基高温合金构件组织粗大和力学性能下降的问题,提出采用激光冲击强化技术对修复区进行表面强化。利用SEM观察不同区域微观组织,利用显微硬度、残余应力和高温拉伸强度测试研究其力学性能。结果表明,激光冲击强化细化试样表层晶粒;强化后,试样基体区和熔覆区表面硬度分别提高21%和8%,影响深度约0.8 mm;激光冲击在试样表层引入约610 MPa且均匀分布的残余压应力,影响深度层达1.2 mm,经保温处理后,应力释放约18%,但在表面仍残留较大的残余压应力;激光冲击提高了材料高温拉伸强度约15%,解决了激光熔覆修复K403镍基构件力学性能下降的问题。     

中高温条件下激光冲击处理Ti-6Al-4V表面完整性变化

为了研究中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响,采用高功率、短脉冲Nd:YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行激光冲击,并将冲击后的钛合金试样分别置于400℃,500℃,550℃和600℃的温度下进行保温处理。从表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力等方面分析了中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响。结果表明,激光冲击处理增大了Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度,且热处理温度越高,Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度越大;激光冲击处理显著提高了Ti-6Al-4V钛合金材料的表面残余压应力,随着温度的升高,残余压应力值降低。研究结果对了解和掌握Ti-6Al-4V钛合金的使用性能是有帮助的。     

激光喷丸IN718镍基合金残余应力高温松弛及晶粒演变特征

为研究激光喷丸镍基合金残余应力的高温松弛行为,首先对IN718合金进行单次激光喷丸强化,随后,对喷丸后试样进行高温保持,对比分析了不同保温温度和不同保温时间下残余应力值、半峰宽值(FWHM)变化及晶粒演变特征。结果表明,激光喷丸后,喷丸区域呈残余压应力状态,FWHM值升高,近表层材料晶粒明显细化;高温保持过程中试样的残余应力松弛量与保温温度和保温时间呈正相关。应力松弛速率在保温初期较大,随后逐渐减小。保温温度为800℃,保温时间为300 min时,残余应力松弛量最大,松弛幅度达82.14%。保温温度一定时,材料表面FWHM值下降幅度随保温时间的增大而增大,600℃保温温度下,FWHM值变化不明显。600℃保温300 min后材料的晶粒尺寸仍较小,晶粒细化效应仍然显著,而800℃保温下晶粒长大迅速,保温300 min后材料的晶粒细化效应基本消失。     

45钢激光相变强化梯度组织的研究 (原始组织的影响)

通过试验 ,分析研究了 4 5钢激光相变强化梯度分布的显微组织特征以及原始组织对 4 5钢激光相变强化梯度组织及其显微硬度的影响。通过对不同原始组织激光相变强化效果的对比分析 ,指出原始组织越细小弥散 ,成分越均匀 ,缺陷密度越高 ,材料的临界硬化温度越低 ,越有利于激光相变强化。在相同的激光处理工艺参数下 ,原始组织为淬火高温回火态时 ,激光相变强化的效果最显著 ,正火态次之。淬火回火态的激光相变强化比退火态具有更大的硬化层深度及更高的显微硬度     

增材316L不锈钢的激光冲击强化研究

增材制造与激光冲击强化技术相结合,以提高增材制造打印产品的力学性能。本文以316L不锈钢粉末为实验原料,通过同轴送粉式增材制造工艺获得实验试件;利用SIA LSP 23系列激光冲击强化系统在不同激光能量下对增材316L不锈钢试件进行处理,研究了增材316L不锈钢实验试件激光冲击强化处理前后的残余应力、显微硬度和抗拉强度。经激光冲击强化处理,增材316L不锈钢近表面引入了残余压应力、并伴随着显微硬度和抗拉强度的显著提高;所引入的残余压应力、显微硬度和抗拉强度随激光能量的增加而增加,表明较高的激光能量能够获得较好的激光冲击强化效果;激光冲击强化作用后的增材316L不锈钢的截面显微硬度分布规律与残余应力分布规律类似,但显微硬化层深度要比残余压应力层深度要深0.15～0.25mm。激光冲击强化可作为一项后处理技术用来提高增材制造打印产品的力学性能。     

激光冲击对K403镍基合金高温疲劳性能和断口形貌的影响

对K403镍基合金涡轮叶片进行激光冲击强化(LSP),利用高温高低周复合疲劳试验验证其强化效果。试验结果表明:冲击后裂纹源区附近平坦区较冲击前变大,在快速扩展(FCG)区,激光冲击强化后疲劳条纹间距减小,有大量二次裂纹产生。且强化后在材料表层会引发晶粒细化以及高残余压应力,但在550℃/150min保温下,残余应力部分发生松弛,但是表层细化结构有很好的热稳定性。相比冲击前样件,激光冲击强化后涡轮叶片疲劳寿命提高了140%。热松弛后的残余压应力和表面晶粒细化是镍基合金疲劳寿命提高的主要原因。     

激光冲击用柔性贴膜的研究

柔性贴膜作为一种集约束层与吸收层于一体的新手段,使激光冲击技术有了更好的工程实际应用性。为了解决原技术中约束效果较差的问题,采用丙烯酸合成树脂与聚氯乙烯胶来代替硅胶做约束层。试验结果表明,这二者的约束效果远优于硅胶,冲击后材料的硬度均达到33HV以上,最大残余压应力均在60MPa左右,接近光学玻璃约束的水平(硬度与残余应力分别约34HV,70MPa),很好地解决了硅胶约束效果较差的问题,使柔性贴膜技术更趋近于实用化。     

激光喷丸强化铝合金疲劳特性的数字化分析

激光喷丸强化(LSP)是一种基于冲击波力效应的非传统抗疲劳制造技术,目前关于激光喷丸强化的研究大多集中在机制和实验上.由于激光冲击过程是一个复杂的热力耦合过程.涉及的因素较多,实验方法难于全面理解各种参数对激光喷丸效果的关联影响.介绍了典型的激光喷丸强化过程的数字化分析方法,以有限元分析工具ABAQUS和MSC.Fatigue为平台,通过编制激光冲击波加载模块,解决了数据流传递中的接口问题.以2024-T3航空铝合金试样为例,对激光喷丸强化过程中激光冲击波的传播、残余应力大小以及疲劳特性行为等进行了数值分析,并对激光喷丸强化的疲劳寿命进行了预测,建立起了激光冲击波压力一残余应力一疲劳寿命之间的数字化分析方法,实现了激光喷丸过程和喷丸效果评价的可视化.     

热处理和激光冲击对2Cr13马氏体不锈钢冲击韧性的影响

采用冲击试验机、X射线应力检测仪、光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)等仪器观察和分析了2Cr13不锈钢在920℃～970℃温度下淬火、700℃回火与激光冲击(LSP)复合处理后的冲击韧性、残余应力、金相组织和断口形貌。结果表明,随着淬火温度的升高,2Cr13钢的冲击韧性为先增加后减少;尤其是在淬火温度为940℃、回火700℃热处理后,LSP强化得到的冲击韧性最高。在这种条件下,其残余压应力相比其他热处理的残余应力要稍高,冲击断口断裂为准解理与韧窝的混合型断裂。     

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 .     

工艺参数对激光冲击微造型效果的影响

激光表面织构(LST)是一种广泛应用的表面微造型方法,然而其主要缺点是消融过程会导致材料熔化、断裂以及改变表面微观组织。基于激光冲击强化(LSP)技术在Al7075表面开展微凹坑造型研究,其特点是既能克服激光表面织构的缺点,又能继承激光冲击强化的优点。使用AxioCSM700真彩色共聚焦扫描显微镜和VeccoWYKO表面形貌仪观察微凹坑的几何形貌,用HXD-1000TMSC/LCD MH-VK双压头显微硬度计测量微凹坑的内部以及周围表面的硬度。实验结果表明,微凹坑的直径和深度随激光的脉冲能量、冲击次数、离焦量、约束层K9玻璃厚度的变化呈现一定的变化规律;微凹坑的影响区域,沿着凹坑径向方向硬度逐渐增加,中心位置硬度最大,这有利于提高材料的抗磨损能力。     

激光冲击处理金属板材后的裂纹扩展速率

采用1.5mm厚高强钢以及1.7mm厚高温合金薄板制作成紧凑拉伸试件,对预制裂纹延长线进行3次叠加(光斑直径6mm)激光冲击处理,进行裂纹扩展速率试验并与未处理的试件进行对比,由于激光冲击处理产生的强化效应在裂纹扩展路径上存在区域差别,所以裂纹扩展速率无法进行公式拟合,但在整体上能大大降低裂纹扩展速率。