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。     

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。     

应力水平对激光冲击强化圆角疲劳寿命的影响

为了研究不同应力水平（疲劳试验过程中应力最大值）下,激光冲击强化对圆角结构疲劳寿命的影响,对半径为3mm的TC4-DT钛合金圆角试样进行了激光冲击试验,接着对试样进行拉-拉疲劳试验,在疲劳试验过程中采用的两种应力水平分别为385MPa和423MPa,应力比r=0.1,并通过扫描电子显微镜对疲劳断口进行分析。结果表明,激光冲击强化后,疲劳源从圆角表面向内部移动,且疲劳辉纹宽度减小,圆角结构疲劳寿命得到提高;当应力水平从385MPa增大至423MPa时,圆角疲劳寿命增益由246.2%减小至111.8%;激光冲击强化后,圆角结构表面形成一定深度的参与压应力,疲劳性能得到提高;但随着应力水平增大,激光冲击强化对圆角结构疲劳寿命的增益减小。该结果为针对薄弱区域强化而抑制疲劳裂纹萌生的研究具有指导意义。     

激光冲击提高45钢疲劳寿命的研究

激光冲击45钢的表面硬度提高了大约32％，硬化层深度约为100μm，在离表层大约30～40μm处硬度达到最大，平均疲劳寿命提高了60％左右，在置信度为95％时，激光冲击强化试件的中值疲劳寿命是未冲击试件的1.11～2.133倍。     

激光功率密度对小孔构件残余应力场的影响

激光冲击强化通过强激光诱导的冲击波在金属材料表层引入残余压应力,从而抑制疲劳裂纹的萌生和发展,是一种新型的金属表面强化技术。以ABAQUS有限元软件为平台,研究了不同激光功率密度下7050-T7451铝合金小孔构件的残余应力的分布。结果表明,冲击表面残余压应力在X轴方向上0～6 mm区域内分布很均匀,能量的变化对它的影响不是很大,表面最大残余压应力都出现在孔边缘处,整个冲击区域残余应力差别不大,构件单面冲击下表面只有残余压应力,然而并不是随着峰值压力的增加为增加,这是由于未冲击表面的残余压应力是由板料变形引起的。构件厚度方向残余压应力的深度随着冲击波的峰值压力的增大而增大,同时也造成板料厚度中心靠近上表面处产生过大的残余拉应力,这对提高材料的抗疲劳性能是极为不利的。     

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%。     

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．     

金属材料激光冲击强化试验研究

对铝合金2024T62进行激光冲击处理，激光参数：脉冲宽度（FWHM）30ns，单脉冲能量16．5～27．5J，功率密度1．1～1．6GW／cm2。试验结果：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。     

激光冲击处理工艺因素对铝合金疲劳寿命影响的研究

约束层和激光脉冲功能和密度是影响激光冲击处理强化效果的重要工艺因素,本文研究了不同的约束层和激光脉冲功率密度对铝合金疲劳寿命的影响。疲劳试验结果表明,约束层冲击阻抗越大,激光脉冲功率密度越高,铝合金激光冲击处理后疲劳寿命的提高越显著。     

激光喷丸强化CT试样疲劳裂纹扩展的数值研究

为了研究激光喷丸强化对疲劳裂纹扩展的影响,采用有限元分析软件ABAQUS和MSC.Fatigue相结合,以6061-T6铝合金CT件即紧凑拉伸试样为研究对象,数值模拟其经1次～3次激光双面喷丸处理后的残余应力大小、疲劳寿命、裂纹扩展速率及最终裂纹尺寸。在理论分析的基础上,建立面向抗疲劳制造的激光喷丸工艺有限元分析模型,首先在ABAQUS中模拟出激光喷丸诱导的残余应力场,再将其导入疲劳分析软件MSC.Fatigue进行激光喷丸后疲劳裂纹扩展及其性能的数值模拟分析。结果表明,激光喷丸处理可以有效抑制疲劳裂纹的扩展,降低裂纹扩展速率和增大最终断裂尺寸长度,从而达到延长疲劳寿命的目的,喷丸次数的增加在一定程度上增大了激光喷丸强化的效果,但增益的效果会减弱。这为激光喷丸强化抗疲劳制造的理论分析和后续试验提供了必要的依据。     

激光喷丸范围对小孔构件残余应力场的影响

为了研究不同激光喷丸范围下7050-T7451铝合金小孔构件残余应力场的变化规律,采用ABAQUS有限元分析软件对激光喷丸过程进行理论分析和数值仿真,分析了材料激光喷丸后表面及孔壁的残余应力分布。结果表明,随着喷丸范围的增大,表面残余压应力范围增大,冲击区域外围的残余拉应力由52MPa变为344MPa;孔壁的应力分布随喷丸范围的增加而变差,中间最差应力由压应力38MPa变为拉应力49MPa;在一定的喷丸范围内,激光喷丸范围的增加使表面压应力范围变大而使孔壁应力分布变差。对于激光喷丸强化小孔构件,应控制喷丸范围,兼顾板料表面及小孔孔壁的残余应力分布,以提高小孔构件的抗疲劳性能。     

激光冲击强化对钛合金棒件疲劳寿命的影响

为了研究激光冲击对TC4-DT钛合金圆棒残余应力分布及疲劳特性的影响,采用ABAQUS有限元软件分析了不同冲击载荷下圆棒最小直径截面内残余应力的分布,并对试样先后进行了激光冲击强化试验和拉-拉疲劳试验,最后对疲劳断口形貌进行了对比分析。结果表明,圆棒试样会在表面及近表面形成残余压应力层,在内部及中心区域产生拉应力,且表面残余压应力和内部拉应力皆随冲击载荷的增大而增大;内部拉应力区域面积远大于表面压应力层面积,致使疲劳裂纹扩展加速,从而导致疲劳寿命降低,对圆棒试件的拉-拉疲劳性能产生不利影响;圆棒试样经激光冲击强化后疲劳裂纹源向内部转移,且位于内部最大拉应力区域。该研究对轴类零件经激光冲击强化后的应用条件具有一定的参考价值。     

MEMS金属微构件的激光微喷丸强化技术分析与展望

介绍了适用于金属微构件处理的激光微喷丸技术,通过控制工艺参量和合理的路径规划,在试件表面产生有益的残余压应力分布,能有效提高工件的抗疲劳和磨损性能。概述了微喷丸技术的研究现状,总结了激光微喷丸的机理、关键技术和影响因素,分析了激光微喷丸研究中存在的问题,为今后激光微喷丸技术的进一步研究提供指导。     

基于Taguchi方法的激光喷丸强化工艺参数的优化研究

为了对激光喷丸强化的工艺参数进行全面评估,通过改变激光能量A、脉冲宽度B和光斑直径C,对12mm厚的6061-T6铝合金板料进行模拟实验研究,旨在评价激光工艺参数对喷丸后残余应力的影响及彼此之间的交互作用.在Taguchi方法指导的基础上,采用ABAQUS有限元分析软件进行实验模拟,并运用MINITAB软件对数值模拟结果进行统计分析.结果表明,个激光工艺参数对残余压应力都有着显著的影响,按照对残余压应力影响程度的大小进行排序,依次为光斑直径、脉冲宽度和激光能量.最佳的参数水平组合为ABC2,对应的表面残余应力大小为125MPa.     

激光冲击强化的数值模拟研究

介绍了激光冲击强化的基本理论。采用ABAQUS仿真软件对45钢冲击强化的实例进行数值模拟,重点仿真分析了材料表面应力的分布和冲击区域中心节点的位移历史情况。讨论了在激光冲击三维仿真中中网格的划分、阻尼和率相关对仿真影响等关键问题。     

激光冲击强化诱导的残余应力场分析

激光冲击强化是一种新兴的现代表面处理技术,它利用激光产生的高幅冲击波在冲击区诱导出有益的残余压应力,从而达到强化材料的目的。在分析了激光冲击强化的基本原理和残余应力的形成过程后,探讨了残余应力的计算模型,同时对激光冲击强化后,冲击区表面和深度方向上的残余应力分布特点进行了分析。研究表明在激光冲击强化过程中,存在最佳的冲击波峰值压力;经激光冲击后,金属表面产生很深的残余压应力,且冲击区的残余压应力在表面和深度方向上都基本为均匀分布。     

不同典型结构激光冲击强化的疲劳差异性研究

激光冲击强化不同典型结构对各结构疲劳寿命的影响均有所差异,本文基于ABAQUS模拟典型结构小孔2.6、圆角R3和圆棒(小径20)的激光冲击强化过程,并提取出各路径的残余应力分布(峰值压力分别为4、5、6、8 GPa),同时对各典型结构TC4-DT钛合金双联试样进行激光冲击与疲劳拉伸试验。结果表明:在应力水平385 MPa、应力比R=0.1下,经激光冲击的圆角与小孔的疲劳增益均较大,且圆角最大疲劳增益为238.4 %(功率密度为12.75 GW/cm2),小孔疲劳增益为243.3 %(功率密度为22.67 GW/cm2)。圆棒结构在应力水平600 MPa下的疲劳负增益均较大(功率密度22.67 GW/cm2时的疲劳增益减小至-94.1 %)。经激光冲击强化的圆角根部、圆角边缘处及小孔孔角残留较大的残余压应力,使该典型构件的应力集中处的疲劳寿命得到显著提升,但圆棒内部残留的残余拉应力使其在拉伸载荷下极易出现疲劳裂纹。对于圆棒等旋转体而言,激光冲击虽然提高了表面疲劳性能,但在拉伸载荷下容易疲劳断裂。该研究对各典型结构的激光冲击强化具有指导意义。     

激光喷丸A356铝合金的热稳定性实验研究

为了研究激光喷丸技术对A356铝合金热稳定性能的影响,采用Nd:YAG激光器对其进行表面激光喷丸处理及将各试样进行220℃退火试验处理的方法,从微观组织、显微硬度及残余应力等方面进行理论分析和实验验证,取得了一系列实验数据。结果表明,激光喷丸处理能够有效提高A356铝合金的热稳定性能,且在材料表面诱导了较大残余压应力,显微硬度和位错密度得到显著提高,晶粒明显细化;退火后,激光喷丸试样的表面残余压应力下降了30.68%,位错密度从1.63°降到1.51°,显微硬度下降19.42%,表层晶粒尺寸有所长大,但较基体而言,其晶粒尺寸长大幅度较小。这一结果对于拓展激光喷丸技术和A356铝合金的应用领域是有帮助的。