高周疲劳条件下激光温喷丸TC4钛合金的残余应力释放规律及疲劳特性

使用Nd:YAG纳秒激光器分别在试样表面温度为20、100、200、300以及400℃下对TC4钛合金狗骨状拉伸试样进行激光喷丸表面强化,然后使用疲劳试验机在高周疲劳条件下对试样进行残余应力释放测试与疲劳寿命测试,并使用热场发射扫描电镜研究激光温喷丸后试样的断口特点。结果表明,经过10 000次循环载荷后,试样表面温度为20、100、200、300及400℃时激光喷丸TC4钛合金试样的残余压应力幅值分别下降至–100、–75、–132、–196与–146 MPa;由于较高的残余压应力幅值及较低的残余应力释放速度,300℃时激光温喷丸试样的疲劳条带间距约为0.42μm,比20℃激光喷丸降低了约64%;300℃时激光温喷丸试样的疲劳寿命高达147 846次,约为20℃激光喷丸试样的1.7倍。

激光温喷丸IN718镍基合金残余应力高温释放行为

为了研究激光温喷丸对IN718镍基合金高温释放行为的影响,以20℃室温激光喷丸(LP)和260℃激光温喷丸(WLP)处理的IN718镍基合金为研究对象,从微观组织、残余应力等角度,通过保温试验探索了温度、时间与残余应力释放的关系,并从高温软化和蠕变理论角度对残余应力的高温释放规律进行分析。结果表明,WLP较LP处理的IN718镍基合金具有更好表面高温稳定性和更高位错密度,且晶粒细化更为明显;随着保温温度的升高,LP和WLP处理件残余应力释放幅度均明显增大,但前者释放速度更快,且位错密度有明显减小的趋势;700℃保温500 min后,LP和WLP处理件表面残余应力分别释放68%和36.7%,最大残余应力释放率出现在保温初始阶段,且释放规律符合Zener-Wert-Avrami函数。

循环载荷下激光喷丸诱导的表面残余压应力释放特性研究

为了研究6061-T6铝合金激光喷丸后表面残余压应力在循环加载过程中的释放特性,对典型单联狗骨状试样进行激光喷丸处理及保温处理,利用MTS-809拉扭组合材料测试系统进行不同循环应力水平和循环周次的疲劳实验,并使用X-350A型X射线应力测定仪测量试样表面残余压应力的变化。结果表明,残余压应力的松弛主要发生在疲劳过程开始的100次循环周期内,1000次循环周期后残余压应力基本趋于稳定。不同应力水平下的松弛行为表明,循环应力较小时,残余压应力松弛的幅度和速率相对较小;当循环应力接近材料屈服强度时,残余压应力松弛的幅度和速率较大,循环后期残余压应力完全释放,在表面产生残余拉应力。与未经保温处理的激光喷丸试样相比,试样经过150℃保温处理10 min后,表面残余压应力下降,但在循环载荷作用下应力松弛的幅度和速率都较小,残余压应力的稳定性得以提升。

PMMA微结构件激光融化成型实验

为了满足聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微结构件的高效率和高质量成型加工,提出了激光融化成型新方法,设计和研制实验装置,采用CO2激光扫描辐照方式进行融化成型实验,依据热物理和能量守恒原理,理论计算和模拟分析试样在激光扫描过程中的温度场变化,并通过正交实验设计和实验,分析工艺参数对微结构复制精度的影响。结果表明:熔体温度是影响成型质量的主要因素,温度高则成型精度好;工艺参数对微结构复制精度的影响程度分别是:激光功率对提高复制精度起决定性作用,其次是扫描时间和模具温度,最后是成型压力。采用优化后的工艺参数进行实验,获得较好的微结构复制精度,表明了PMMA微结构件的激光融化成型具有可行性。

微型塑料件激光融化成型数值模拟和实验

为了满足微型塑料件(PMC)的高效率和高质量成型加工,提出了基于CO2激光定位辐照的微型塑料件融化成型方法。采用有限元软件Comsol数值模拟激光辐照过程中的试样温度变化,研究试样二维和三维瞬态温度场及其分布特征,分析激光参数对温度变化的影响,探讨工艺参数对成型质量影响规律。数值模拟和实验结果表明,选择适当激光参数可以满足试样温度在整体融化范围,温度越高则成型精度越好,成型压力远低于传统的注塑和热压成型;采用定位辐照融化方式可以获得复制精度较好的成型件,表明微型塑料件的激光融化成型具有可行性和有效性。

激光温喷丸TC4钛合金的阻尼特性研究

在不同表面温度下对TC4钛合金试样进行激光温喷丸实验,使用频率响应法测试TC4钛合金试样的一阶弯曲振动共振频率和阻尼比,测定了喷丸区域半高宽值(FWHM),研究在不同试样表面温度下激光喷丸对TC4钛合金阻尼特性的影响,分析激光温喷丸中试样表面温度与最终一阶弯曲振动阻尼比的关系,讨论了不同试样表面温度对试样阻尼性能的影响机制。结果表明:在进行激光温喷丸时,试样在动态应变时效温度下形成的高密度位错对阻尼特性有重要影响,随着试样表面温度的上升,试样处理后的一阶弯曲振动阻尼比不断升高,在表面温度达到350℃时试样最终处理后阻尼比达到最大值;与激光喷丸技术相比,TC4试件的阻尼比从2.1%提升到了3.2%,表明了激光温喷丸可以有效减小振动工况下的振动应力。