2A02航空铝合金激光冲击诱导的表层纳米化

采用输出波长为1064 nm、脉冲宽度为20 ns的调Q钕玻璃激光,对2A02航空铝合金板表层进行了激光冲击,用透射电镜及其高分辨像的傅里叶过滤像分析了激光冲击后样品表面的微结构演变,研究了激光冲击诱导的纳晶化行为与形成机理及其对表面性能的影响。结果表明,激光冲击能在2A02航空铝合金板表面形成直径为～100 nm的纳米晶;表面纳晶层的硬度比基体提高54.5%。分析认为2A02铝合金表面纳晶化过程是激光冲击超高应变率和超高能量共同作用下由位错和空位等非平衡缺陷诱导的晶粒分化过程。     

激光冲击诱导的45钢平衡组织的应变行为

利用波长为1.054 μm脉宽为20 ns的Nd:glass激光器对表面覆有铝箔的退火态45钢进行了激光冲击处理.用光学显微镜和扫描电镜、x射线应力分析仪及显微硬度计对激光冲击试样的微结构演变、残余应力和硬度分别进行了观察和测试.结果表明,在"完全约束"和几近绝热的条件下,激光诱发的冲击波的超高应变率使45钢表面产生一系列应变效应.激光冲击在试样表面产生的残余压应力可达425 MPa;激光冲击对材料内部各相的显微硬度有显著影响;受激光冲击后,珠光体中的渗碳体依据其位相出现不同程度的破碎现象;先共析铁索体内产生位错和孪晶,形变孪晶呈现薄透镜片状和交互状.     

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.     

2A12铝合金在激光冲击下的组织与性能

分析了激光冲击加载下2A12铝合金组织和力学性能的变化规律,得出以下结论:激光冲击会使2A12铝合金位错密度大幅增加,晶界和晶内出现位错塞积、位错胞状组织等;随变形量的增加,结构中出现大量孪晶,二者互相作用,晶粒破碎细化。这些组织都会不同程度增加2A12铝合金的硬度和强度,从而有效地改善2A12铝合金的力学性能。激光冲击后,冲击区中心点硬度由94 HV升高到145 HV,升高了大约54%。     

激光冲击铝合金微结构演化及力学行为的分子动力学模拟

目的 揭示激光冲击铝合金的微结构演化过程及塑性变形机制,探究残余应力产生的机理,为激光冲击提升铝合金力学性能提供理论参考。方法 基于分子动力学模拟,采用活塞冲击法实现多晶铝合金(Al-Mg-Zn-Cu)在不同加载速度下的冲击强化。利用共邻分析法和位错提取法,研究铝合金的微结构演化过程、位错分布以及激光冲击影响铝合金力学性能的内在机理。结果 在冲击波加载阶段,当高速冲击波作用时,铝合金出现大量滑移系,产生高密度位错。在保载阶段,位错集中在晶界附近,导致多晶铝合金发生晶界塑性变形。在卸载阶段,不同类型位错之间进行了相互转化。铝合金两端晶粒和晶界的塑性变形,导致了残余压应力的产生。对完全卸载后的铝合金进行单轴拉伸模拟,发现0.7 km/s和1.0 km/s的冲击速度下,残余压应力抵消了部分拉伸应力,变形晶界附近产生新的位错,且晶界发生迁移和合并,导致极限应力分别提升15%和22%。结论 激光冲击对Al-Mg-Zn-Cu铝合金的微结构及力学性能影响显著,在高速冲击波作用下,铝合金两端发生剧烈的塑性变形,导致残余压应力的产生。单轴拉伸时,残余压应力抵消了部分拉伸应力,且铝合金晶粒内发生原子变形产生新的位错,同时晶界发生运动,最终使得极限应力增大,铝合金的力学性能得到提升。     

激光冲击诱导的航空铝合金表层高熵结构及其抗蚀性

用7075-T76航空铝合金进行激光冲击表层改性实验,借助SEM和TEM分析冲击层的微观结构、表层获得的非晶/纳米晶复合材料高熵合金层的演变过程和成因及力学性能与抗腐蚀性能.结果表明,激光冲击的超高能量、超快过程导致的绝热剪切热效应诱导材料表层合金体系发生熵增效应及重新配分.合金体系混合熵的增大促进组元间的混乱度增高,弱化了杂质原子的不良作用.激光冲击提供的外场能量促进熵的增量转化为合金中形成非晶态组织所需Gibbs自由能ΔGconf的降低.多组元铝合金在多次激光冲击强大的外场能量作用过程中,各组元间按照Boltzmann定律自发重组,动态析出的纳米晶组织则发挥过程中体系不平衡度的协调作用,使所获高熵非晶组织更符合Boltzmann关系的热力学要求.通过热力学自调整和微结构重组,激光冲击层最终由非晶/纳米晶颗粒复合组成.同时,激光冲击的超高应变率诱导的强烈微观应力使时效析出相发生整体塑性形变,产生平行分布的形变孪晶,协同吸收激光冲击能量.由于晶界强化消失和位错密度降低,激光冲击主要体现为结构重组效应.激光冲击表层的硬度在单次激光冲击后有所提高,随冲击次数增加,硬度逐步与基体硬度持平.激光冲击造成的强烈形变可使铝合金表层内纳米晶尺寸减小至2~3 nm.非晶态消除了在第二相周围的原电池腐蚀,从而使航空铝合金7075-T76表面激光冲击所获非晶/纳米晶复合材料表层的抗腐蚀性能明显改善.     

激光冲击超高应变率对钛板形变微结构的影响

用输出波长为1.054μm、脉冲宽度为20 ns、光斑直径为7 mm的调Q钕玻璃激光,对TA2工业纯钛板料进行了激光冲击,用热场发射扫描电镜观察分析了激光冲击后钛板的微结构及其形貌。结果表明:激光冲击作用于钛板表面的等离子爆轰波能有效地对TA2工业纯钛板料实施形变,激光冲击后板材内部的微观形貌与冲击产生的应变类型有关。在压缩变形部位,微观组织以应变诱发马氏体为主。在拉伸变形部位,以形变孪晶带为主;激光冲击的超高能量和超高应变率可使hcp多晶金属晶体爆发大量薄片孪晶,从而调整晶粒内部的晶体取向,诱发滑移系开动,使形变得以进行。     

高强铝合金时效微结构演变与性能调控

综述铝合金时效过程中,用近代物理检测分析技术表征和确定的微结构从原子团簇、GP区、亚稳相到平衡相的结构、大小及形貌析出序列演变过程;析出微结构与基体形成的共格、半共格和非共格界面结构;界面上析出第二相;论述通过空位、位错、外应力及应变、淬火冷却速率、多级时效及微合金化等手段调控铝合金微结构及其演变原理,铝合金微结构与性能调控技术,铝合金时效调控技术与理论的发展;介绍铝合金时效与微合金化调控性能的一些实例,为改善或提升高强铝合金性能提供理论与技术参考。     

激光冲击处理对2024铝合金疲劳性能的影响

研究了激光冲击处理对２０２４Ｔ６２铝合金疲劳性能的影响。结果表明：激光冲击处理后,铝合金疲劳寿命显著提高、疲劳裂纹扩展速率大大降低。表面粗糙度降低、位错密度增加、表面出现残余压应力和表面硬度提高是激光冲击处理改善铝合金疲劳性能的主要机制     

激光冲击处理对2024铝合金疲劳性能的影响

研究了激光冲击处理对２０２４－Ｔ６２铝合金疲劳性能的影响,结果表明：激光冲击处理后,铝合金疲劳寿命显著提高,疲劳裂纹扩展速率大大降低,表面粗糙度降低,位错密度增加,表面出现残余应力和表面硬度提高是激光冲击处理改善铝合金疲劳性能的主要机制。     

激光冲击及其对金属材料组织和性能的影响

激光冲击是一项用短脉冲（ns级）强激光辐照覆盖有吸收层和约束层的金属材料表面从而改善其性能的高新技术。其原理是,当激光冲击波诱导的应力峰值超过材料的动态屈服极限时,材料的表层就会发生形变等现象。激光冲击的效果与激光的能量、光斑直径、被冲击材料的原始状态等因素有关。激光冲击可在材料表面获得应变强化,从而提高材料的疲劳性能和抗应力腐蚀能力等,还可用于金属板的微成形制造。     

激光冲击成形AZ31镁合金微观结构和性能的研究

采用最大输出激光脉冲能量为12.5 J的Thales Laser激光器对AZ31镁合金交叉轧制薄板进行激光冲击成形(LSF),在此基础上研究和分析了激光冲击表面结构和电化学特性。结果表明:LSF属于厚度减薄机制,失效形式具有韧性断裂和脆性断裂混合特征;LSF内凹面出现了纹理清晰的周期性波纹结构,波纹间距为纳米级,伴随着激光冲击强化效应和微观结构改变,镁合金耐腐蚀性得到提高。     

2024铝合金薄板激光冲击波加载的实验研究

采用高功率激光束单次冲击3种厚度(1.3 mm,1.7 mm,2.1 mm)的2024铝合金薄板靶材,利用STSS-1应力检测模块采集靶材背面应变片的动态与静态应变信号,并用XRD技术检测了靶材表面残余应力.建立了2024铝合金薄板靶材激光冲击波加载模型,并利用该模型描述了靶材内部应力波结构及传播规律,解释了冲击区域残余拉应力产生的原因.结果表明,激光冲击2024铝合金薄板靶材时,激光诱导的冲击波和约束层对冲击波的反射波透射到靶材内部各部位的应力波具有不同的特性和强度变化规律.激光功率密度远超出2024铝合金最佳激光功率密度范围和靶材厚度较薄这2个条件同时存在是冲击区域残余拉应力产生的根源所在.     

激光冲击参数对7050铝合金残余应力场的影响

采用仿真与试验结合的方法,研究了激光冲击参数(光斑直径、激光特性以及峰值压力)对7050合金残余应力场形成机制的影响。结果表明:平顶光加载ø2、ø3和ø4 mm光斑时,最优峰值压力为1500 MPa;高斯光加载时,ø2 mm光斑峰值压力优解为1500 MPa,ø3 mm光斑峰值压力优解为2000 MPa,ø4 mm光斑峰值压力优解为3000 MPa;当峰值压力为1500 MPa时,平顶光冲击后所得最大残余压应力较高斯光增加约10%;当峰值压力大于2000 MPa时,平顶光冲击后的最大残余压应力值受表面汇聚波影响数值较高斯光小。平顶光冲击时,峰值压力实际优解与理论优解保持一致,为1500 MPa;高斯光冲击时,峰值压力实际优解随光斑直径的增加逐渐增加;峰值压力超过2000 MPa后,残余压应力不再有显著增加,且残余应力洞等应力缺陷更容易出现。     

高温变形条件下5A02铝合金的塑性成形性能

随着工业技术的发展和能源问题的突出,铝合金以其质量轻、耐腐蚀性能好、成形性能和加工性能良好等优势成为轻型化首选的材料类型之一。以5A02铝合金冷轧板材为研究对象,通过单向拉伸试验和金相试验对不同变形温度、应变速率条件下5A02铝合金的塑性性能进行分析,并且借助试验数据和Zener-Hollomo参数模型,对高温条件下5A02铝合金的本构模型进行研究。研究结果表明：5A02铝合金在高温条件下变形时,应变速率和变形温度对延伸率的影响很大。在应变速率为0.01s-1、0.001 s-1、0.0005 s-1和0.0001 s-1条件下,当变形温度大于250℃时,5A02铝合金的延伸率大于100%。当变形温度为150℃~250℃时,5A02铝合金的真实应力-应变曲线属于动态回复型,而当变形温度大于250℃时,流变应力曲线存在明显的软化现象。     

激光参数对Ti6Al4V钛合金激光冲击成形的影响

研究在Ti6Al4V合金激光冲击成形过程中,不同激光参数对板料弯曲角及表层硬度的影响。结果表明:当激光功率密度小于3GW/cm2时,弯曲角随着激光功率密度线性增加,激光功率密度超过3GW/cm2时,由于表面熔化现象的出现,弯曲角出现减小的趋势;板料弯曲角随冲击次数的增加也呈线性增长,但弯曲阻力的增加使得弯曲角的增长速度逐渐减慢;随着激光功率密度的增加,材料表面冲击区的硬度增高,表面硬化层的显微硬度最高达HV490,硬化层厚度约为1.0mm。     

激光冲击处理对焊接接头力学性能的影响(Ⅰ)

当短脉冲、高峰值功率密度 (>10 13 W /m2 )的激光辐射金属靶材时 ,就产生高温、高压等离子体 ,该等离子体受到约束层的约束时产生高强度应力波冲击金属表面并向内部传播 ,在材料表面产生应变硬化 ,称这种表面强化技术为激光冲击处理或激光喷丸。激光冲击处理可以提高材料表层硬度、强度 ,并获得比传统的喷丸技术更深的硬化层或残余压应力层 ,从而更有利于材料疲劳性能的提高 ,为研究激光冲击处理在焊后强化方面的应用 ,本文对 1.6 6mm厚的镍基高温合金GH30、1.2mm厚的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti板材焊缝进行了激光冲击处理 ,对比了激光冲击处理试件和未经激光冲击处理试件焊逢的表层显微硬度、残余应力、抗拉强度和疲劳寿命 ,发现激光冲击处理能提高GH30氩弧焊焊接接头抗拉强度 12 % ,提高 1Cr18Ni9Ti等离子焊接接头疲劳寿命30 0 %以上。     

Self-Nanocrystallization of Ti-6Al-4V Alloy Surface Induced by Laser Shock Processing

应用激光冲击强化技术（也叫激光喷丸）对TC4钛合金表面进行处理。由于其作用过程产生的高幅值压力（GPa量级）、短脉冲（ns量级）、高应变率(>106s-1)使材料表面实现纳米级晶粒细化成为可能,进而进一步提高材料表面性能。同时,应用该技术在TC4钛合金表面实现纳米级晶粒细化较少有系统的研究与报道。采用Q触发钕玻璃激光器,在一定条件、一定参数下,实现了TC4钛合金的表面纳米化,并对其形成机理进行阐述与分析。在实现材料自纳米化的同时,没有引入其它杂质粒子,保持了原母材的成分稳定性,且表面微动耐磨损性能得到了提高。开展该技术的深入研究,也可为材料表面纳米化提供另一种可行的途径与方法     

激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

基于激光冲击强化LY12CZ航空铝合金的试验,采用显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA对激光冲击诱发的残余应力场进行数值模拟。对模拟中的关键问题,如加载历史、本构关系、网格划分、求解时间等进行了处理。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,在最佳激光峰值压力下, LY12CZ航空铝合金经激光冲击后,金属表面产生深度为0.5 mm的残余压应力。模拟和试验结果相比,分布规律具有一致性,最大残余应力相差10.2 %。获得的结果将为激光冲击强化过程的控制,和进一步的实验研究提供理论依据。