激光溫噴丸改善A356鋁合金力學(xué)性能及其熱穩(wěn)定性的機(jī)理與實驗.pdf

1、A356鋁合金是汽車輪轂、軸承、發(fā)動機(jī)缸蓋及滑塊常用的材料之一。但其力學(xué)性能較差，且在高溫(＞180℃)下不穩(wěn)定，易發(fā)生疲勞破壞和高溫摩擦磨損等失效形式。如何提高其力學(xué)性能并保證所提高的力學(xué)性能在高溫和循環(huán)載荷下具有良好的穩(wěn)定性能，是A356鋁合金應(yīng)用中的主要問題之一。本文采用理論與實驗相結(jié)合的方法，開展激光溫噴丸強(qiáng)化(WarmLaserPeening-WLP)改善A356鋁合金力學(xué)性能及其熱穩(wěn)定性能的機(jī)理與實驗研究，主要工作如下:

2、r>　　 (1)在常溫激光噴丸強(qiáng)化(LaserPeening-LP)機(jī)理與動態(tài)應(yīng)變時效強(qiáng)化機(jī)理的基礎(chǔ)上，從應(yīng)力強(qiáng)化及微觀組織強(qiáng)化兩個層面分析了激光溫噴丸的強(qiáng)化機(jī)理;從位錯理論出發(fā)，建立起基于位錯機(jī)制的激光溫噴丸動態(tài)應(yīng)變時效模型和基于熱力耦合作用下激光溫噴丸誘導(dǎo)的位錯密度模型;將溫度效應(yīng)考慮進(jìn)去，建立起激光溫噴丸誘導(dǎo)的塑性變形層深度、塑性應(yīng)變估算模型及表層殘余壓應(yīng)力估算模型;分析了影響激光溫噴丸強(qiáng)化效果的主要因素，得到了適合激光溫噴丸的

3、耐高溫吸收層、約束層及實驗溫控裝置設(shè)計要點;最后基于耐熱鋁合金微觀強(qiáng)化機(jī)理，分析了激光溫噴丸提高鋁合金力學(xué)性能及其熱穩(wěn)定性的強(qiáng)化機(jī)理。為本文后面的實驗提供理論支撐及參考。
　　 (2)利用SpitLight2000型激光器及自行設(shè)計的溫控裝置對A356鋁合金進(jìn)行不同激光能量與基體溫度的激光溫噴丸實驗，并確定較優(yōu)激光溫噴丸工藝參數(shù)組合。采用X射線應(yīng)力測定儀及顯微硬度測量儀對試樣表面殘余應(yīng)力、深度方向的顯微硬度進(jìn)行了測試與分析，研究

4、了基體溫度與激光能量對激光溫噴丸誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力及顯微硬度的影響;在上述實驗結(jié)果基礎(chǔ)上，綜合殘余應(yīng)力、顯微硬度及加工硬化層深度進(jìn)行綜合考慮，確定本實驗的較優(yōu)激光溫噴丸工藝參數(shù)組合及A356鋁合金發(fā)生動念應(yīng)變時效溫度上限。
　　 再利用X衍射儀、光學(xué)電鏡及SEM對經(jīng)較優(yōu)激光溫噴丸工藝組合參數(shù)處理后試樣的微觀組織（表面位錯密度、晶粒大小以及表面Si顆粒形貌、分布與尺寸）進(jìn)行了測試與觀察，分析了激光溫噴丸對材料表層微觀組織的影響。

5、r>　　 (3)利用DGH-9030A型電熱鼓風(fēng)干燥箱對經(jīng)較優(yōu)激光溫噴丸加工組合參數(shù)處理的試樣及對照組試樣進(jìn)行了高溫保持實驗。通過對比分析高溫保持處理前后各試樣的表面殘余壓應(yīng)力及其影響層深度、顯微硬度與微觀組織的變化，研究了激光溫噴丸對材料熱穩(wěn)定性能的影響，并從微觀層面上分析了激光溫噴丸改善材料熱穩(wěn)定性能的強(qiáng)化機(jī)理。
　　 (4)在MTS-809拉-扭復(fù)合測試系統(tǒng)上對經(jīng)較優(yōu)激光溫噴丸加工參數(shù)處理的試樣及對照組試樣進(jìn)行室溫、高溫