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。     

无保护层激光冲击对K24镍基合金力学性能的影响

激光冲击强化是一种有效提高材料疲劳强度的表面处理技术。针对K24镍基高温合金模拟叶片特点,文中提出采用无保护层激光冲击强化进行表面处理。同时采用X射线衍射、显微硬度计表征了不同参数冲击下材料截面残余应力和显微硬度变化规律,并利用高周振动疲劳试验验证其强化效果。结果表明:无保护层激光冲击强化处理后在材料表层形成一定数值的残余压应力,冲击1、3、5次后表面残余应力分别为-428、-595、-675 MPa,影响深度分别约为110、150、160 m;显微硬度冲击一次后提升了29.2%,影响深度约为60 m。采用不等应力冲击后K24镍基合金模拟叶片疲劳强度由原始试件的282 MPa提高到327 MPa,提高了16%。     

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。     

激光冲击对中高温服役条件下镍基合金K417显微硬度的影响

为研究中高温环境下的激光冲击强化效果,采用功率密度8.5GW/cm2、脉冲宽度10ns的强激光对K417镍基合金冲击改性,利用维氏硬度法测试其在700℃、800℃、900℃保温后的显微硬度值。结果表明中高温保温后,激光冲击硬化效果有所减弱,但不同温度下激光冲击区域的平均硬度均明显大于未冲击区域;深度方向硬度近似呈指数形式衰减,硬化层深度随温度的增加呈减小趋势;单个光斑径向硬度分布与激光空间分布特性导致的等离子体冲击波不均匀相关。研究表明在800℃以下,激光冲击有效提高了K417的综合性能指标。     

激光冲击范围对小孔构件疲劳性能的影响

激光冲击强化能够有效地提高孔结构零件的疲劳寿命。试验中采用较大的冲击区域范围对试样进行激光冲击强化后,发现试样的疲劳寿命降低甚至出现负增益。为此采用有限元分析和试验的方法,研究单面激光冲击范围对铝合金小孔件残余应力场以及疲劳寿命的影响。研究结果表明:激光冲击范围的增大,导致试样沿孔壁方向的应力分布变差,并且残余压应力影响层的深度降低;同时对疲劳拉伸后试样的断口观察发现,随着冲击范围的增大,疲劳裂纹源的位置也随之发生内移。因此对于小孔构件的激光冲击强化,应严格控制激光冲击范围以提高小孔构件的抗疲劳性能。     

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K417材料振动疲劳性能的影响

为研究激光冲击强化(LSP)对镍基高温合金振动疲劳强度的影响,使用流水约束层和铝箔涂层,利用波长为532 nm,脉宽为10 ns,能量为1.5 J,冲击光斑尺寸为1.6 mm的YAG激光器对K417试件进行了激光冲击强化处理.使用升降法测试比较了冲击处理试件和未处理试件的振动疲劳强度.结果表明,试件经激光冲击强化后振动疲劳强度由106.5 MPa提高到285.5 MPa,疲劳性能大大提高.对激光冲击强化后的试件断口分析结果表明激光冲击的强化作用抑制了裂纹在试件表层的萌生和扩展,从而提高了材料的振动疲劳强度.     

单面激光冲击孔壁残余应力与疲劳失效

孔结构往往会造成零件上的应力集中,降低零件的疲劳寿命,激光冲击强化能够有效地缓解这一问题。在试验研究中发现采用高峰值压力对试件进行激光冲击强化后,试件的疲劳寿命反而降低,同时断口上的疲劳源也随之发生内移,这很可能是因为高峰值压力在孔壁内产生较大的残余拉应力而降低了小孔件的疲劳寿命。为此采用ABAQUS软件,针对不同峰值压力、载荷脉宽对7050-T7451小孔件孔壁上应力分布的影响进行研究。研究结果表明:峰值压力的提高在增大压应力层深度的同时也会增大带孔件孔壁上的拉应力,同时残余拉应力所在位置也随之发生内移;当峰值压力不同时,载荷脉宽对孔壁上应力分布的影响也会随之改变。     

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 .     

微激光冲击提高TC17钛合金高周疲劳性能研究

针对钛合金薄构件激光冲击强化过程中由于在叶背部分冲击波反射与耦合降低残余压应力的问题,提出采用微激光冲击强化（μLSP）的方法对TC17钛合金进行强化,利用高周疲劳实验验证其改善效果,从残余应力和疲劳断口形貌观察两个方面讨论分析疲劳性能改善的原因。实验结果表明:与未处理试件相比,微激光冲击强化试件疲劳强度提高了32%。微激光冲击在钛合金试件表层诱导产生一定数值,深度为100 μm厚的残余压应力层;在残余压应力的作用下,疲劳裂纹源内移,同时在其疲劳断口扩展区中有疲劳条带和二次裂纹,这是微激光冲击后TC17钛合金试件疲劳性能改善的主要原因。     

激光冲击处理对高温合金和奥氏体不锈钢疲劳寿命的影响

对高温合金ＧＨ３０、奥氏体不锈钢１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ板材疲劳试件应力集中部位进行了激光冲击处理,比较了原始试件在激光冲击处理后疲劳寿命的变化。结果表明：激光冲击处理后,两种材料的疲劳寿命均有明显的提高,但提高幅度在不同的加载系数下有较大的差异．     

AZ31B镁合金激光喷丸后的形变强化及疲劳断口分析

对AZ31B镁合金中心缺口试样进行激光喷丸强化(LSP)处理,并进行拉-拉疲劳试验。通过研究激光喷丸前后表面完整性的变化规律,发现喷丸后AZ31B试样以滑移和孪生两种方式产生塑性变形,表面及深度方向显微硬度较基体提高50%左右,喷丸区表面残余压应力值达到-126.29MPa,晶粒内部出现大量滑移线和孪晶,晶粒明显细化。通过测量加载点轴向载荷和轴向位移分析了激光喷丸前后的疲劳性能,并比较激光喷丸前后疲劳断口形貌特征,发现喷丸后试样表面没有产生明显的疲劳裂纹源,残余压应力使裂纹尖端的实际应力强度因子降低,提高了疲劳裂纹萌生和扩展抗力,疲劳裂纹扩展路径较未处理试样更为曲折,最终断裂区韧窝尺寸比未喷丸件更大更深,表明激光喷丸后试样的塑性有所提升。     

激光熔覆添加碳化钨的镍基合金应力状况研究

在20Cr2NiSiW基体上熔覆添加碳化钨的镍基合金．对熔覆层的应力状态进行了分析。未预热的熔覆层存在热应力的残余应力峰值700MPa．和相变应力的残余应力峰值850MPa。熔覆件整体的熔前预热和熔后保温。可以改善熔覆层的应力分布。消除部分热应力和相变应力，残余应力也有所降低。虽然仍呈现熔覆层受拉应力，热影响区受压应力的状态．但热应力的峰值降到510MPa．热应力峰也从表面移到了熔覆层的中部。界面的相变拉应力峰被消除．得到了应力分布状态较好的激光熔覆层。在未预热的熔覆层内，先共晶的奥氏体枝晶的生长，从界面开始逆温度梯度方向定向生长．直到熔覆层的表面。而在预热的熔覆层内．先共晶的奥氏体的生长方向变为从熔池的四周垂直于熔池的边界生长．到熔覆层的中部结束。     

激光冲击强化K403镍基高温合金表面纳米化

针对K403镍基高温合金铸造构建易发生裂纹、腐蚀、磨损的问题,采用激光冲击强化技术对K403薄片试件进行处理,使试件表面纳米化提高材料力学性能。利用X射线衍射、SEM扫描电镜、TEM透射电镜分析了材料表面纳米晶层的形成机理。实验结果表明:激光诱导的高压等离子体冲击波可以在样品表面上形成226 nm厚的纳米晶层;从SEM和TEM结果可以看出,激光冲击强化不会改变材料表面物相。在高冲击波压力下,K403试样表面组织产生了位错和纳米级晶粒细化。     

激光冲击处理提高铝合金疲劳性能的机理研究

对激光冲击提高铝合金材料疲劳寿命的微观机理作了初步探讨。实验结果表明铝合金疲劳寿命提高的原因是位错的大量产生和残余压应力的存在。     

激光冲击次数对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢高周疲劳性能的影响

高周疲劳是航空发动机部件的主要故障之一。通过对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢进行不同次数的激光冲击强化(LSP)处理,研究冲击次数对激光冲击强化材料高周疲劳性能的影响。对不同处理状态的试件进行常温振动疲劳试验,采用X射线衍射(XRD)应力分析仪、扫描电镜(SEM)、金相显微镜等手段研究冲击次数对材料组织和力学性能的影响。试验结果表明,随着LSP冲击次数的增加,1Cr11Ni2W2MoV不锈钢表面粗糙度增大,组织细化层厚度没有变化,残余应力梯度变小,残余压应力层深度增加,1次冲击后,残余压应力层深为1.8mm,3次冲击后为2.5mm。表面残余压应力随着冲击次数增加而逐渐趋于饱和,饱和值接近于-100%σ0.2。振动疲劳试验结果表明,疲劳寿命随着LSP次数增加而提高,但提高幅度减小。在σmax=640MPa应力水平下,1次冲击后试样疲劳寿命是未强化试样的3.8倍,3次冲击后试样疲劳寿命是未强化试样的5倍。经分析,多次冲击时的冲击波叠加效应使得冲击波传播到材料的更深层,从而使材料组织变形层和残余应力影响层更深,高周疲劳寿命提高更大。     

激光熔覆含碳化钨的镍基合金

在20Cr2NiSiW基体上熔覆添加碳化钨的镍基合金,对熔覆层的应力状态进行了分析, 基体的熔前预热和熔覆层的熔后保温,可以改善熔覆层的应力分布。在表面层和基体之间熔覆具有良好韧性的“过渡层”,减少了微裂纹。分析了掺碳化钨的镍基合金复合熔覆层的硬度分布和微观结构。改进了激光熔覆工艺,得到了应力分布状态较好的无裂纹的激光熔履层。     

材料表面形貌对激光冲击强化残余应力的影响

建立材料表面为凹面、凸面和平面的三种有限元模型,研究材料表面形貌对激光冲击强化Ti6Al4V钛合金残余应力的影响。当材料表面曲率半径大于光斑半径时,相对于材料表面为平面的工况,凹面表层产生的残余压应力偏大,并随着凹面曲率半径的减小而增大;凸面表层产生的残余压应力偏小,并随着凸面曲率半径的减小而减小。当材料表面曲率半径小于光斑半径时,凹面或凸面模型的激光冲击强化的残余压应力均不及于材料表面为平面的工况。     

激光冲击2050铝锂合金残余应力及疲劳性能研究

激光冲击强化是一种先进的材料表面抗疲劳制造技术,本文采用正交试验方法研究了激光冲击2050铝锂合金表面残余应力分布规律,获得了优化的激光冲击参数,并在此参数下验证了疲劳寿命增益。研究结果表明：激光冲击强化诱导的残余应力与试样的几何特性相关性较强,而激光冲击参数本身搭接率对残余应力的影响大于激光能量、大于冲击次数,最佳工艺参数为激光功率密度5.30 GW·cm^-2、搭接率50%、2次冲击。采用此参数冲击后260 MPa和200 MPa应力水平下疲劳寿命分别提高了22%和63%。