激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头疲劳性能的影响

对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头进行激光冲击强化,对比强化前后焊接接头的疲劳寿命,在光学显微镜和扫描电镜下观察断口疲劳断裂特征,并从焊接接头的显微硬度、微观组织、残余应力分布等方面综合分析激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头的强化机理。试验结果表明：未强化和强化试样均在焊缝咬边处萌生疲劳裂纹,强化试样疲劳寿命是未强化试样疲劳寿命的3.77~9.15倍,强化试样焊缝咬边处马氏体细化,显微硬度提高,焊缝表面呈残余压应力分布,焊缝咬边处残余压应力达-564.37±9.85MPa。晶粒细化和高幅值残余压应力综合作用下抑制了焊缝咬边处疲劳裂纹的萌生,且增大了裂纹扩展阻力,从而提高了焊接接头疲劳性能。     

激光冲击强化与喷丸提高不锈钢疲劳性能对比研究

对不锈钢材料1Cr11Ni2W2MoV进行了激光冲击强化和喷丸强化后表面粗糙度和残余应力测试分析,与喷丸相比,激光冲击强化对试件表面形貌和表面粗糙度的影响更小,产生的残余压应力更大。对光滑试件和2种强化后试件的振动疲劳对比试验表明,激光冲击强化能显著提高不锈钢材料振动疲劳寿命,是喷丸的2倍以上。     

LZ50车轴钢转动微动摩擦学特性研究

在新型转动微动磨损试验机上,进行LZ50车轴钢/GCr15钢在法向载荷为10N、转动角位移幅值为0.125°～0.5°的转动微动磨损试验。在摩擦动力学行为分析的基础上,结合磨痕的微观分析,研究材料的转动微动磨损机理。结果表明,LZ50车轴钢的微动运行区域仅呈现部分滑移区和滑移区,未观察到混合区。滑移区的摩擦因数明显高于部分滑移区;摩擦因数随着转动角位移幅值的增加而增大。车轴钢在部分滑移区损伤轻微,磨痕呈环状;而在滑移区,接触中心呈现材料塑性流动累积造成"隆起"特征,LZ50钢的转动微动磨损机制主要为磨粒磨损、剥层和氧化磨损。     

表面滚压处理对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

表面强化可提高高速列车车轴疲劳性能,延长使用寿命。对广泛应用于高速列车的EA4T车轴钢表面进行滚压处理,使用激光共聚焦显微镜表征表面形貌和粗糙度;借助光学显微镜分析滚压处理前后试样的显微组织,并采用EBSD测试滚压试样表层晶粒尺寸;采用显微硬度计测试强化层显微硬度分布并与未处理试样进行对比,采用X射线衍射残余应力分析仪分析其残余应力分布;基于旋转弯曲疲劳试验和扫描电子显微镜下的断口观测分析试样的疲劳性能。研究结果显示:滚压强化后,试样表层发生塑性变形,表面质量得到改善,且形成厚度约为400μm的硬化层,表层产生纳米晶;显微硬度提高了29%,表面最大残余应力为-576MPa,试样显微硬度和残余应力变化趋势一致,均为从表面向心部减小;滚压试样疲劳强度增幅为28%。试验结果表明,滚压是车轴延长寿命的一种有效方式。     

高温合金激光冲击强化数值模拟及其疲劳寿命预测

建立了激光冲击强化宏观有限元数值模型和细观参量演化数值模型,提出了激光冲击强化三维多尺度模拟方法,分析了激光冲击强化后Inconel 718高温合金残余应力、位错密度、晶粒尺寸的分布规律;考虑激光冲击强化所致残余应力和晶粒细化对疲劳寿命的影响,对Sines疲劳寿命准则进行修正,并进行了试验验证.结果表明:模拟得到试样表面光斑冲击范围内形成了不小于550 MPa的残余压应力,表层区域存在明显的位错增殖,局部晶粒尺寸可细化25％左右,模拟结果与试验结果基本吻合;采用修正Sines准则预测得到的疲劳寿命在3倍分散带内,说明该模型能够较好地预测激光冲击强化后Inconel 718高温合金的疲劳寿命.     

激光冲击强化钛合金材料数值模拟

航空发动机叶片工作环境相对严苛,合理运用表面处理技术,能在不改变叶片材料的前提下,提高叶片的抗外物损伤与疲劳性能。基于ANSYS/LS-DYNA和LS-PREPOST有限元软件开展激光冲击强化钛合金材料的数值仿真研究。通过残余应力分布和表面形貌变化的比较,分析激光冲击强化过程对钛合金材料的影响。结果表明：激光冲击强化处理可使外物损伤模型冲击处发生塑性应变,引入残余应力,达到强化目的。     

LZ50钢车轴的旋转弯曲疲劳性能

在LZ50钢车轴上制取了光滑试样和环形缺口试样,按照AAR M-101-2009新标准测试了其旋转弯曲疲劳性能,并观察了断口形貌。结果表明:光滑试样的旋转弯曲疲劳裂纹萌生于试样表面,而环形缺口试样的裂纹萌生于缺口前缘,并呈多源开裂形式,两种试样均形成与轴向垂直的平断口;当车轴的拉伸强度提高5%后,其光滑试样旋转弯曲疲劳性能也得到明显提高,环形缺口试样虽中值疲劳强度比光滑试样的降低18%,但其旋转弯曲疲劳极限缺口敏感系数仍与国外碳素钢车轴保持在同一水平上。     

材料原始组织对表面形变强化有效性的分析

综述了几种原始组织的材料表面形变强化的有效性，讨论了三个主要因素的作用和相互关系。可以认为，表面形变强化的有效性是马氏体大于索氏体，缺口件大于光滑件，滚压大于喷丸；滚压使马氏体40Cr钢的缺口疲劳极限显著提高，甚至超过光滑疲劳极限，这主要归因于高的残余压应力的有益作用。并对表面形变强化的选材依据提出了建议。     

喷丸强化残余应力对疲劳性能和变形控制影响研究进展

作为机械表面强化技术之一,喷丸强化使工件表层发生形变硬化,引入较高的残余压应力,减少了疲劳应力作用下微裂纹的萌生并抑制其扩展,从而显著提高零件的抗疲劳断裂和抗应力腐蚀开裂的能力。基于喷丸残余应力解析计算模型,从余弦函数模型、接触应力模型和球腔膨胀模型三个方面介绍喷丸强化残余应力的产生,进而对喷丸残余应力的仿真预测及影响规律进行论述。为了提高试件疲劳强度而引入的残余压应力会带来影响形位精度的变形,基于此阐述了喷丸残余应力对疲劳性能的影响及其在疲劳过程中的演化,同时论述了喷丸残余应力变形预测及控制的研究现状,最后对喷丸残余应力未来的研究内容与发展方向进行展望。     

激光冲击强化对镍基高温合金疲劳寿命的研究

对镍基高温合金GH742疲劳试样进行了激光冲击强化处理,对强化后的试样首先进行了残余应力测试,发现处理后的试样表层产生了很高的残余压应力;然后进行拉一拉疲劳试验,结果表明激光冲击强化能显著提高镍基高温合金的疲劳寿命;最后从断口分析的角度解释了激光冲击强化改善材料疲劳性能的原因.     

激光淬火+冲击复合强化处理40Cr的实验研究

将激光淬火强化处理后的40Cr钢的强化区域再进行激光冲击强化处理，处理结果表明，复合强化处理后40Cr钢与经激光淬火强化处理区域相比，各项机械性能都得到了大幅提高，其中，硬度提高了10．9％，耐磨性提高了100％，尤其是材料内部残余应力全部变成了残余压应力。     

奥氏体不锈钢表面激光冲击晶粒超细化的研究

采用高能短脉冲激光冲击(LSP)技术获得具有亚微米晶体结构的奥氏体不锈钢表面层。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等技术分析研究了表面层的微观结构特征。结果表明:单次激光冲击即可实现样品表层晶粒超细化,晶粒大小0.1~0.5μm,接近纳米级;晶格常数增加1.12%,处理区显微硬度显著提高,形变层深0.25mm。分析认为,在激光诱导、应变率达106s-1和高于靶材动态屈服强度的应力加载条件下,试样表面发生了热塑失稳和动态再结晶,致使晶粒超细化。     

激光冲击钛合金板料的有限元模拟

激光冲击强化技术（LSP）是一种新型的表面处理技术,它利用激光冲击波作用靶材表面而产生残余压应力场.通过有限元软件模拟（FEM）可以分析激光冲击强化处理后靶材的残余压应力场分布,分析材料表面和深度方向的残余应力场的分布情况.先分析了材料的本构模型、激光冲击波的峰值压力的计算、有限元单元类型的选取、边界条件的处理等条件;再通过有限元软件ABAQUS对激光冲击TC4钛合金板料进行了数值模拟,分析了残余应力场的分布特点.     

激光冲击处理对曲轴磨损性能的影响

利用激光冲击波对曲轴球墨铸铁进行表面强化处理,利用摩擦磨损试验机研究激光冲击处理球墨铸铁QT700的磨损性能,利用金相显微镜分析激光冲击处理后其表面微结构,同时采用XRD分析激光冲击处理后球墨铸铁表面马氏体与残余奥氏体的含量。结果表明,激光冲击处理后球墨铸铁具有理想的表面形貌和较高的表面硬度,其抗磨性能大幅度提高,有利于提高其疲劳寿命。     

GH742合金激光冲击强化后的表面残余应力

采用X射线衍射法对GH742合金激光冲击强化后的表面残余应力进行了测试,采用云纹干涉结合盲孔法对残余应力随深度的分布进行了测试。结果表明:GH742合金经激光单点冲击后,表面残余压应力最高可达1 180MPa,且残余压应力层深度达到1.2mm;50%光斑搭接率强化后的表面残余压应力约为1 100MPa。     

钛合金板料激光冲击变形的数值模拟和实验

实验研究了激光能量和不同的冲击路径、冲击次数对TA2钛合金板料变形的影响，并用ABAQUS软件进行了有限元模拟。结果表明：随着激光能量的增加，板料的变形量增大；板料几何尺寸和厚度越大，板料越难变形；冲击次序不同，板的变形量也不同，板的变形以沿板的长度方向且对称冲击为最大。通过数值模拟可优化激光冲击的相关参数，预测板料变形。     

碳纤维增强复合材料水导激光加工实验研究

为了研究水导激光加工关键工艺参数对碳纤维增强复合材料(CFRP)沟槽截面形貌与热影响区的影响,利用水导激光加工设备设计单因素实验探究了激光功率、水射流压力、进给速度及激光重复频率四个关键工艺参数对沟槽截面形貌以及热影响区的影响规律,分析了沟槽截面形貌和热影响区形成机理。实验结果表明：激光功率对沟槽烧蚀深度和热影响区的影响最大,水射流压力对沟槽烧蚀宽度的影响最大,进给速度和激光重复频率对沟槽烧蚀深度和宽度的影响不大,对热影响区有较大影响。此外,发现沟槽截面去除区呈V字形,热影响区呈锯齿形状。通过单因素方法分析得到了较好的沟槽截面形貌,其沟槽截面烧蚀深度为772.8μm,烧蚀宽度为897.7μm,铺设方向为90°的碳纤维层热影响区为326.5μm,铺设方向为0°的碳纤维层热影响区为102.4μm。