高溫合金激光沖擊殘余應(yīng)力場中高溫釋放試驗(yàn)與有限元分析.pdf

1、高溫合金主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的熱端部件，工作環(huán)境復(fù)雜，既承受高溫又承受交變載荷作用，破壞一般發(fā)生在表面微裂紋處。激光沖擊強(qiáng)化處理產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力可以提高材料表面疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命，抑制裂紋形成與擴(kuò)展，但在中高溫服役環(huán)境下材料表面殘余壓應(yīng)力會(huì)釋放，導(dǎo)致激光沖擊強(qiáng)化效果減弱。因此，研究激光沖擊強(qiáng)化處理對(duì)高溫合金熱穩(wěn)定性很有必要。本文利用有限元模擬與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)激光沖擊強(qiáng)化鎳基高溫合金殘余應(yīng)力熱釋放過程進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容與成果

2、如下:
　　(1)運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS/LS DYNA建立了激光沖擊強(qiáng)化鎳基高溫合金的有限元模型，模擬得到了穩(wěn)定的殘余應(yīng)力場。
　　(2)運(yùn)用有限元模擬方法研究了激光沖擊強(qiáng)化GH4169鎳基高溫合金殘余應(yīng)力在500℃、600℃、700℃環(huán)境下變化規(guī)律，主要討論了溫度和保溫時(shí)間對(duì)殘余應(yīng)力的影響。結(jié)果表明:對(duì)于鎳基高溫合金GH4169，在選定溫度下，殘余壓應(yīng)力會(huì)釋放，且釋放速率在最初1h內(nèi)較大，在25℃～600℃范圍內(nèi)，

3、釋放速率隨溫度的升高而增大，溫度超過600℃以后，釋放速率減小并逐漸趨于穩(wěn)定。在700℃，GH4169中仍存在一定的殘余壓應(yīng)力，表明激光沖擊還保持一定強(qiáng)化效果。分析結(jié)果表明，溫度對(duì)殘余應(yīng)力的影響要比保溫時(shí)間對(duì)殘余應(yīng)力的釋放影響顯著。由再結(jié)晶和位錯(cuò)攀移導(dǎo)致位錯(cuò)消失的類似蠕變機(jī)理是GH4169鎳基高溫合金殘余應(yīng)力釋放的主要機(jī)制。當(dāng)鎳基高溫合金GH4169殘余應(yīng)力值下降到低于選定溫度下其蠕變強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)力釋放的驅(qū)動(dòng)力減小，釋放減弱甚至停止。

4、r>　　(3)綜合運(yùn)用數(shù)值模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了200℃～700℃溫度范圍內(nèi)熱處理對(duì)激光沖擊強(qiáng)化后K417鎳基高溫合金殘余應(yīng)力的影響規(guī)律，并對(duì)K417高溫合金的硬度和顯微組織熱穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明:試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)有著較好的一致性。應(yīng)力釋放速率在最初30min內(nèi)較大，釋放速率隨溫度升高而逐漸加大，但在700℃仍存在一定的殘余壓應(yīng)力，保溫60min后材料殘余應(yīng)力場分布更加均勻。試樣在600℃保溫10h后，硬度部分下

5、降，但應(yīng)力層硬度仍高于未經(jīng)激光沖擊處理的試樣，強(qiáng)化效果仍較明顯。常溫下激光沖擊強(qiáng)化試樣硬度增大的主要原因是晶粒細(xì)化和位錯(cuò)密度增大，而高溫下硬度下降的主要原因是位錯(cuò)攀移、位錯(cuò)密度減小和晶粒再結(jié)晶。經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化后，K417高溫合金表面層位錯(cuò)密度增加，表面能增加。對(duì)激光沖擊強(qiáng)化單晶鎳基高溫合金在650℃進(jìn)行退火處理，未見顯微組織發(fā)生明顯變化，說明激光沖擊強(qiáng)化處理后顯微組織熱穩(wěn)定性較好。高密度位錯(cuò)和較低的冷作硬化率的共同作用提高了激光沖擊強(qiáng)化