基于激光沖擊機理的裂紋面閉合與疲勞性能改善特性研究.pdf

1、在分析國內(nèi)外零部件裂紋表面強化研究的基礎(chǔ)上，提出了基于激光沖擊波壓應(yīng)力效應(yīng)的裂紋面止裂與強化機制研究。其原理是利用高功率密度(GW/cm2量級)、短脈沖(ns量級)的強激光沖擊覆蓋在裂紋表面的能量轉(zhuǎn)換體，使其瞬間氣化電離，產(chǎn)生等離子體爆炸，形成高壓沖擊波傳入工件內(nèi)部，從而使裂紋面材料在沖擊波的力效應(yīng)作用下強化并閉合。本文研究裂紋面激光沖擊強化處理工藝，對7050鋁合金的預制裂紋試件、小孔試件和無損試件進行對比試驗，研究激光沖擊對試件的疲

2、勞影響規(guī)律；并對高溫運行環(huán)境下鋼鐵冶煉球團裝備材料00Cr12激光沖擊復合強化，通過對比關(guān)鍵零部件裂紋在中高溫條件下的疲勞擴展壽命、斷口形貌和高溫力學性能，闡述裂紋激光強化與止裂機理，取得了一些創(chuàng)新成果。
　　 創(chuàng)新點與效果：
　　 (1)激光處理工藝：提出了脈沖激光連續(xù)沖擊止裂延壽的工藝方法。在激光沖擊止裂機理分析的基礎(chǔ)上，研究了工藝參數(shù)對裂紋面強化效果的影響，獲得了實現(xiàn)激光沖擊處理的參數(shù)優(yōu)選和最佳工藝方法。研制了適用

3、于工程應(yīng)用的激光沖擊新型涂層配方材料和涂層噴涂設(shè)備，解決了脈沖激光連續(xù)沖擊止裂延壽工程應(yīng)用的技術(shù)難點，獲得了實現(xiàn)脈沖激光連續(xù)沖擊處理的最佳工藝方法為采用流動水膜作為約束層、鋁箔膠帶作為吸收層；
　　 (2)理論研究：建立了反映裂紋面二維和三維應(yīng)力強度因子變化的權(quán)函數(shù)關(guān)系式，得到了任意裂紋面載荷引起的邊緣裂紋應(yīng)力強度因子。采用有效應(yīng)力強度因子理論，定量分析了激光沖擊后裂紋擴展速率與應(yīng)力強度因子范圍變化關(guān)系，實現(xiàn)了超高應(yīng)變率塑性形變

4、對合金表面裂紋的擴展速度影響及壽命的預測，并給出了具有置信度和可靠度的疲勞壽命分析結(jié)果；
　　 (3)試驗研究：以7050-T7451鋁合金疲勞試件為對象，對裂紋面進行了激光沖擊止裂效和強化實驗。通過沖擊強化前后的鋁合金疲勞試件斷口和金相組織的分析，研究了激光沖擊后疲勞裂紋的擴展速率及其斷裂特征，得到了激光沖擊對疲勞裂紋擴展的影響及其規(guī)律，獲得了激光沖擊作用對板料裂紋擴展的影響新的理論模型，表明激光沖擊強化可以顯著提高裂紋件的疲

5、勞壽命。在95％置信度和99％可靠度條件下，相對于未激光強化試樣，270Mpa應(yīng)力水平的單面沖擊和雙面沖擊試樣壽命分別增長196％和129％；67.3Mpa應(yīng)力水平的預制裂紋試件安全疲勞壽命增長287％；101.3Mpa應(yīng)力水平的小孔試件安全疲勞壽命增長338％；
　　 (4)應(yīng)用研究：把激光沖擊強化止裂延壽理論和方法成功應(yīng)用于工程實踐。創(chuàng)新提出針對鏈篦機關(guān)鍵零部件制造的低溫滲鋁與激光沖擊強化復合處理工藝及理論，從裂紋閉合的概念