脉冲激光处理等离子体冲击-空化原理的间接验证和理论应用

提出等离子体冲击-空化双物理效应耦合强化原理,在液体约束脉冲激光冲击中空化效应存在的合理性有待证实。选择XRD测试方法和较易获得衍射峰的304不锈钢,定量检测和表征单脉冲激光作用区域的残余应力分布。试验结果与文献分析表明,激光冲击强化的不同工艺条件导致等离子体冲击与空化两种应力效应的强度匹配不同,无涂层飞秒激光冲击应力效应的主要来源是空化效应。激光脉冲宽度以及吸收层和约束层等工艺参量的实际作用影响或决定脉冲激光表面处理的材料改性原理。

300M钢喷丸强化残余应力场的数值模拟

利用有限元分析软件ABAQUS 6.12,建立了300M钢喷丸强化有限元模型,利用单弹丸多次冲击靶材的方式模拟喷丸过程中靶材表面发生的循环塑性变形。在控制相同动能输入的条件下,分别选取3种喷丸工艺,对不同喷丸工艺处理后的残余应力场进行有限元模拟并加以比较。结果表明:控制动能输入而改变弹丸尺寸与速度的3种工艺中,弹丸尺寸与速度分别为0.8mm与37m/s时,靶材获得"饱和"残余压应力场所需冲击次数最少,"饱和"残余应力场的分布也各不相同,残余压应力场强度是多个工艺参数的函数。

高强度喷丸对300M钢抗疲劳性能的影响

采用喷丸强度分别为0.424mm和0.576mm的两种工艺对300M钢进行高强度喷丸强化,从表面完整性、残余应力场、显微硬度及抗疲劳性能等方面研究了高强度喷丸对300M钢的强化效果。结果表明:喷丸强化处理后,300M钢试样喷丸面均被弹坑完全覆盖,表面粗糙度显著提高;喷丸后试样表层形成较高的残余压应力场,表面显微硬度得到提高;喷丸后试样疲劳寿命比喷丸强化前的有小幅提高,较高的表面粗糙度造成的应力集中以及微裂纹的产生是其疲劳寿命没有明显提高的主要原因。

芯棒规格对孔挤压强化效果的影响

为进一步优化孔挤压工艺效果,利用有限元软件Abaqus6.12对300M钢孔挤压工艺的三维模型进行了数值模拟,重点研究芯棒规格对孔挤压强化效果的影响。模拟结果表明芯棒形状与尺寸对孔挤压效果有明显影响:过盈部位位于芯棒后通过部分时,孔壁获得一定深度的残余压应力场且轴向塑性形变量最小,强化效果最优;过盈部位位于芯棒后通过部分,过盈部位长度不同的各工艺中,过盈部位长度最大时获得最优强化效果;适当增大芯棒出口直径,可提高强化效果。过盈部位位置、过盈部位长度、入/出口锥度、芯棒出口直径等表征芯棒规格的参数均会对孔挤压强化效果造成一定影响。

300M钢多弹丸喷丸强化的有限元模拟

过去,结合喷丸气压和弹丸动能进行数值模拟研究喷丸强化效果的报道不多。采用ABAQUS/Explicit有限元软件对300M钢喷丸强化过程进行数值模拟,在喷丸气压和动能相等的条件下,通过改变弹丸直径确定不同工艺参数对金属靶材进行喷丸处理,对比分析了金属靶材表面残余应力场变化曲线、表面法向位移变化曲线以及表面等效塑性应变。结果表明:不同的喷丸工艺下均可使金属靶材表面获得一定深度的残余压应力场,靶材表面的能残余压应力场强度随弹丸直径增加而增加;对靶材金属施加相同弹丸动能输入时,不同喷丸工艺喷丸效果差距不明显,这为相同喷丸强化要求条件下选取不同喷丸工艺参数提供了理论依据。

拉-拉疲劳载荷对孔壁强度的影响

在疲劳断裂的中心圆孔试样孔壁取样进行显微硬度与残余应力的测试,结合有限元模拟结果对测试数据进行分析,从孔壁强度变化的角度研究孔零件在拉-拉载荷作用下发生疲劳断裂的原因。结果表明:疲劳断裂中心圆孔试样孔壁出现显微硬度梯度,长度方向孔壁表面获得最大硬度,宽度方向孔壁亚表层获得最大硬度,说明孔壁不同部位经受循环塑性应力影响程度不同,宽度方向孔壁发生应变硬化后循环软化成为薄弱区域;孔壁不同部位获得不同的切向残余应力场分布,长度方向孔壁表面获得最大残余压应力,宽度方向孔壁亚表层获得最大残余压应力,应力集中效应最强的宽度方向孔壁表面成为薄弱区域。

二次孔挤压强化对Ti1023钛合金孔疲劳性能影响

采用X射线应力仪、粗糙度检测仪和透射电镜等对Ti1023钛合金孔挤压表面层性能进行对比分析,讨论带衬套孔的强化机理。结果表明：孔挤压（过盈量1%-3%）强化改善了孔壁表面粗糙度（Ra从1.722μm降低到了0.349μm）,增加了钛合金表面硬度（Hv值从32提高到了38）,引入了残余应力场分布,从而改善了钛合金的微动疲劳性能（极限值从385 MPa提高到了619 MPa）。

激光冲击强化在高温合金材料应用上的研究进展

激光冲击处理可促使材料产生较传统表面强化工艺更优的强化效果,并且诱发的显微组织变化具有更高的热稳定性,有望对高温合金材料的服役性能提升产生有利作用。分别从表面形貌、显微组织、服役性能等方面介绍激光冲击强化在不同高温合金材料上的应用研究成果。通过激光冲击诱导高温合金微尺度表面形貌变化相关研究的分析,提出对激光冲击诱导局部反向变形进行数值仿真验证的研究方向。总结激光冲击强化在改善高温合金组织状态以及提升疲劳等服役性能方面的研究成果,进而指明单晶高温合金激光冲击疲劳延寿研究的必要性。

激光冲击在材料成形领域的应用

激光冲击是一种先进的金属材料表面强化技术,显著的强化效果在多种不同金属材料上得到实际验证和普遍认可。为防止激光冲击对精密零部件尺寸产生影响或合理利用激光冲击诱导金属材料的塑性变形以实现成形目的,有必要对激光冲击作用下的材料变形准则进行深入研究。本文分析了激光冲击诱导不同材料的变形规律,基于应力梯度与冲击弯曲等变形机制解释了激光冲击在变形现象中的局限性,提出激光冲击引发材料变形基础研究的必要性,进而总结了激光参数以及冲击方式、约束方式等多因素对激光冲击变形的影响规律,证实多参数调整与优化对控制激光冲击变形量的重要作用。分析了数值仿真方法在激光冲击变形技术研究中的优势,同时提出建立适应高应变率变形的材料本构模型以及完善激光等离子体形成过程模拟。通过激光冲击校形工艺的介绍对激光冲击变形规律在先进制造业中的发展进行展望,并提出了零部件激光冲击校形及其变形量在线监测的研究方向。

300M钢表面强化后应变硬化特性的表征

为获得300M钢强化处理后的应变硬(软)化特性,对表面强化处理后的300M钢试样在距表面一定深度进行残余应力测试和显微硬度测量。300M钢喷丸表层-基体的显微硬度变化趋势表明其应变硬化特性,且表面强化层的应变硬(软)化特性只能由显微硬度的梯度变化表征,半高宽则由于强化层位错密度不均匀、镶嵌块尺寸变化、塑性应变幅差异等原因表现出不同的变化趋势。

一种定性判断三维残余应力场测量值的新思路

提出了一种定性判断工件表面残余应力变化趋势的新思路并利用前人实验进行了验证。对于已获得表面残余压应力场的表面强化试样,该理论表明:累计应力松弛量导致剥层工件剩余部分的残余压应力场强度与残余拉应力场强度大幅下降;在表层一定深度范围内残余应力的测量值略大于实际值;表面残余压应力场的深度相比实际残余压应力场的值较大。