用连续激光射线强化金属材料的几个问题

论述了用连续激光射线强化金属材料时,增加被加工表面吸收能量的方法;强化图形以及激光强化用量与强化层特征参数之间的关系。     

激光喷丸与机械喷丸复合强化对2124-T851铝合金疲劳寿命的影响

目的 研究激光喷丸(LSP)、机械喷丸(SP)及其复合强化(LSP+SP)对2124-T851铝合金四点弯曲疲劳寿命的影响.方法 激光喷丸强化的脉冲激光能量为6 J,脉冲宽度为20 ns,光斑直径为2 mm,半圆搭接.喷丸强化采用直径为0.3 mm的陶瓷弹丸,喷丸压力为0.2 MPa,喷丸覆盖率大于100％.采用X射线...     

QT600脉冲激光表面重熔的正交设计试验与分析

本文报道了用千瓦级NdYAG脉冲激光器在球铁QY600表面重熔的工艺参数探索中采用正交实验设计的方法,可以迅速有效地获得最佳激光加工工艺参数,为激光加工技术在工业生产中的应用提供了一个有效的方法.     

水下激光加工的爆发沸腾实验研究

为了探寻水下脉冲激光加工的合适焦点位置,并与空气中的加工效果进行对比,采用改变激光焦点位置轰击导热硅胶片的方法进行实验。用激光扫描共聚焦显微镜测量凹坑尺寸,并绘制了凹坑深度、宽度与焦点位置趋势图。用高速摄影仪拍摄水下激光加工现象,得到了等离子体闪光及其诱导产生的空化泡现象,并进行了理论分析和实验验证。结果表明:当焦点位置在材料表面以下时,水下激光加工是热传导、等离子体冲击波及空化泡冲击波共同作用的结果,激光加工效率与激光焦点位置密切相关。     

激光冲击强化效果的无损检测

激光冲击强化技术(又称激光喷丸)是利用强脉冲激光产生的压力冲击波在金属材料表层产生应变硬化的一种新型表面强化技术.激光冲击强化后的工件必须进行检验,在实际工程应用中,由于强化处理后的工件常常不可能再进行破坏性实验来检验强化效果,因而进行合理的激光冲击强化效果的无损检测是激光冲击技术工程应用的关键.本文提出了用残余应力、表面粗糙度、显微硬度等来检验激光冲击强化的效果,并用实例加以验证.     

强度空间分布对脉冲激光表面强化的影响

建立了包含脉冲激光强度时空分布、温度相关的材料热物性参数以及多次相变特征在内的脉冲激光表面强化三维有限元模型。温度场和强化区深度分别得到了解析解和试验验证。针对不同脉冲能量级别，研究了强度空间分布形式和光斑几何形状对表面最高温度、强化区深度以及强化区形状等的影响。结果表明，激光强度空间分布是影响强化区的重要因素。为达到理想的强化效果，应根据不同的脉冲能量选择适当的空间分布形式和光斑几何形状。     

温度辅助激光冲击强化对GH4169合金力学性能的影响

利用波长为1064 nm、脉宽为14 ns、单脉冲能量为5 J的Nd:YAG纳秒脉冲激光器对GH4169合金试件进行了常温激光冲击强化处理和温度辅助激光冲击强化处理;采用X射线衍射仪和HV-1000显微硬度计测量了强化处理前后试件的表面残余应力与表面显微硬度。实验结果表明:经激光冲击强化与温度辅助激光冲击强化处理后,试件表面引入了一定数值的残余压应力,同时表面显微硬度得到提高;但在残余压应力和显微硬度数值方面,经温度辅助激光冲击强化处理的试件均比常温激光冲击强化处理的试件要大,且随着辅助温度的增加,试件的表面残余压应力和表面显微硬度值均呈增加趋势。因此,在一定的温度范围内,采取温度辅助激光冲击强化的方式对GH4169合金进行处理,可以获得比常温激光冲击强化处理更好的强化效果,同时适当提高强化温度,在一定程度上可以进一步提高GH4169合金的强化效果。     

基于电火花加工方法的硅强化45钢工艺的研究

以单晶硅作电板，用电火花成形机在煤油介质中对45钢进行表面强化实验研究。分析了脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流、加工时间对强化层厚度的影响，并对强化层的显微硬度和耐磨性进行了分析。研究结果表明，合适的工艺参数和加工时间，能使工件的表面获得具有一定的厚度、较高硬度和耐磨性的强化层。     

脉冲激光铣削的研究与应用

在分析脉冲激光铣削原理的基础上,通过观察分析试样激光铣削表面形貌,简单讨论了激光参数对铣削速度和表面质量的影响规律。着重介绍了利用脉冲激光对难加工材料硬质合金和Al2O3陶瓷等不同材料进行盲孔、盲槽和复杂结构槽的铣削加工应用情况。     

脉冲放电表面强化工艺及强化层性能研究

采用自行研制的新型脉冲放电表面强化设备，以YG8为电极、45钢为基体进行了强化试验，探讨了电参数、强化时间与涂层性能之间的关系，用显微硬度计和X射线衍射仪测定了涂层硬度及其结构，通过磨损试验研究了涂层的耐磨损性能。磨损试验表明，通过脉冲放电表面强化，材料的抗磨损性能大为提高。     

脉冲放电表面强化工艺及强化层性能研究

采用自行研制的新型脉冲放电表面强化设备，以ＹＧ８为电极，４５钢为基体进行了强化试验，探讨了电参数，强化时间与涂层性能之间的关系，用显微硬度计和Ｘ射线衍射仪测定了涂层硬度及其结构，通过磨损试验研究了涂层的耐磨损性能。磨损试验表明，通过脉冲放电表面强化，材料的抗磨损性能大为提高。     

温度辅助的激光冲击技术研究进展

温度辅助的激光冲击技术是在激光冲击技术上发展而来的结合热力耦合效应的高能率加工和表面处理技术。在介绍温度辅助的激光冲击技术原理和特点的基础上,分析了激光冲击波的压力模型及时空分布特性、温热及高应变率下材料的本构模型,重点介绍了利用温度辅助的激光冲击效应的两项技术——温度辅助激光微成形和激光温喷丸强化。温度辅助激光微成形技术作为一种新颖的高能率微细加工技术,其在温热条件下利用脉冲激光诱导的冲击波压力使金属箔板塑性成形微结构件,可使激光冲击微拉深件的塑性变形均匀性得到显著改善,成形高度较室温下得到进一步提升。激光温喷丸强化技术作为新形材料表面处理工艺,结合了热力耦合效应在应力强化和组织强化方面的诸多优势,能够获得比常温激光冲击强化技术更稳定的残余压应力分布,有效提高材料的耐热腐蚀性和疲劳性能。综述了温度辅助激光微成形和激光温喷丸强化技术的研究现状,指出了当前在温度辅助的激光冲击技术研究中存在的问题,并对今后的研究做了展望。     

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。     

激光冲击强化TC17钛合金室温和高温拉伸性能研究

目的分析激光冲击强化对钛合金室温和高温拉伸性能的影响。方法用YAG纳秒脉冲激光器对TC17钛合金板状拉伸试样表面进行双面激光冲击强化,脉冲能量为25 J,脉冲宽度为15 ns,光斑尺寸为4.2 mm×4.2 mm,搭接率为10%,强化1次。通过室温及400℃下拉伸试验,获得强化前后试样的抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率,利用X射线衍射法测试拉伸前后试样表面的残余应力,并在扫描电镜下观察拉伸试样断口微观形貌。结果室温拉伸试验时,激光冲击强化对TC17钛合金的室温抗拉强度和伸长率几乎无影响,但强化后的室温屈服强度下降约6.1%,有/无强化试样均没有明显的屈服点,距离强化试样断裂位置10 mm的表面残余压应力较拉伸前下降约12%。400℃拉伸试验时,激光冲击对TC17钛合金的高温抗拉强度和屈服强度均影响较小,有/无强化试样均出现明显的屈服点,距离强化试样断裂位置10 mm的表面残余压应力较拉伸前下降约44%。结论激光冲击强化在TC17钛合金表面引入显著的残余压应力分布,对屈服强度具有一定程度的影响。强化后试样的屈服强度与拉伸过程中残余压应力松弛速率有关,室温拉伸过程的残余应力松弛较高温拉伸过程慢,试样内部的平衡拉应力区更容易先发生屈服。这是造成室温拉伸屈服强度小幅降低的主要原因。     

纳秒激光加工中脉冲能量对熔体体积的影响

目的 考察调节激光脉冲能量对纳秒激光加工中熔体体积控制的途径。方法 通过纳秒激光加工实验中的微结构火山口相对高度随脉冲能量的变化规律,来间接反映熔体体积随脉冲能量的变化规律。在MATLAB环境下,通过有限元法基于双温模型模拟,研究纳秒激光脉冲作用于铝合金材料表面时脉冲能量对熔体体积的影响规律。结果 在低能量密度下,可实现低于10%的火山口相对高度,远低于文献记载的高能量密度下~100%的火山口相对高度。随着激光脉冲能量的增加,模拟结果和实验结果都表明熔体体积随能量密度的增加而略有减少,这与文献模型相悖。结论 在较宽的能量范围内,纳秒激光加工产生的熔体体积随激光脉冲能量密度的变化规律符合C Körner等人提出的模型,表明通过控制激光能量密度能够有效控制纳秒激光加工中的熔体体积。然而,在较低的能量密度下,熔体体积随能量密度反常变化规律意味着有其他因素伴随能量密度共同影响熔体体积,这种影响还有待进一步研究。     

激光冲击强化对中碳合金钢的组织和性能的影响

通过激光冲击强化对42CrMo中碳合金钢进行了表面强化处理。采用显微组织观察、硬度测试、摩擦磨损实验研究了不同脉冲能量的激光冲击强化处理对42CrMo钢组织和性能的影响。结果表明:未经激光冲击强化的42CrMo钢组织中铁素体均匀连续,珠光体片层间铁素体较为明显。随着激光冲击强化输出能量的增加,组织中铁素体越来越分散,珠光体片层组织越来越不明显,激光冲击强化后42CrMo钢中有大量位错、亚晶出现。在32～36 J的脉冲能量范围内,激光冲击强化的该钢的表面硬度和耐磨性显著提高,并在表面形成了厚度0.75 mm的硬化层。激光冲击强化冲击能量越高,42CrMo钢硬度越高,耐磨性越好。     

激光强化电刷镀Ni镀层试验研究

进行了脉冲和连续Nd^3＋：YAG激光电刷镀Ni试验,利用SEM进行了镀层表面和横断面形貌观察,采用X射线衍射仪分析了镀层的相结构,对镀层横断面进行了EDX能谱线扫描,测试了镀层的显微硬度,定性地检测了镀层的结合强度.结果表明：激光强化电沉积镀层与基体结合良好.与普通电刷镀镀层相比,激光强化电刷镀镀层显微硬度提高约200 HV,相对耐磨性增加约10倍,摩擦因数减小约1/2,晶粒细化.激光的连续性对镀层晶粒度的影响较大,对硬度影响不明显.     

特制的铝粒子具有铁磁性

正日本关西大学系统理工学部佐伯拓等人发现,用一种特殊方法制成的铝粒子,具有铁磁性。这方法就是在铝粉中注入水,搅拌之,并用脉冲激光照射,制成粒径约为19nm的多晶纳米粒子,再与纳米银浆混合成粘土状,制成板状铝材料,经测定,具有铁磁性。脉冲激光处理用的频率为20kHz,经X-射线衍射证明,所制成的铝     

激光强化技术提高模具使用寿命

介绍了用于模具表面的激光强化加工系统和激光强化工艺方法,讨论了激光强化模具表面的硬化层深度和耐磨性能与激光强化工艺参数之间的关系,采用激光强化技术能大幅度提高模具的使用寿命。     

Ti-6Al-4V激光冲击强化及其微结构响应分析

使用Nd³⁺:YAG脉冲激光器产生的脉冲能量为12.5 J,频率10 Hz,波长1064 nm的脉冲激光研究了强激光冲击下的Ti-6Al-4V合金表面响应,用SEM和TEM及IFFT方法分析了激光冲击强化造成的微结构响应.结果表明,激光冲击可使Ti -6Al- 4V合金表面硬度增加80%以上,残余压应力达到500 MPa以上.在激光冲击产生的超高能量和超高应变率作用下,具有α/β两相结构的Ti-6Al-4V合金的激光冲击强化效应表现出明显的择优倾向.在较低冲击能量下,β相优先获得形变强化;在较高的冲击能量下,α和β相才能同时获得相当的形变强化,且优先强化相出现过饱和强化现象.位错增殖是冲击强化的主要微观机制,增殖形式多为定向发射和位错偶极子,α和β相则以半共格方式协调形变;在冲击强化区域内呈现应变屏蔽现象,其源于形变缺陷的自组织,是材料在激光冲击形变时的微观约束条件和激光冲击单点累积形变方式以及α/β两相的相间强度与结构差异共同作用所致.