激光噴丸強(qiáng)化6061-T6鋁合金殘余應(yīng)力及其釋放特性研究.pdf

1、激光噴丸(Laser Peening，LP)，是一種利用激光與材料相互作用產(chǎn)生的高幅沖擊波壓力實(shí)施材料表面改性的技術(shù)，其通過改變材料表面的殘余應(yīng)力分布及微觀組織結(jié)構(gòu)，大幅提升金屬結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能和疲勞壽命。鋁合金作為航天航空領(lǐng)域使用的重要材料，其關(guān)鍵零部件通常服役于高溫或疲勞加載條件下，此時(shí)激光噴丸誘導(dǎo)的有益殘余壓應(yīng)力將產(chǎn)生釋放現(xiàn)象，進(jìn)而影響激光噴丸強(qiáng)化的力學(xué)性能增益。因此掌握激光噴丸殘余應(yīng)力在高溫或循環(huán)加載條件下的釋放特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)殘

2、余應(yīng)力釋放量和釋放速率的有效控制，是保證材料改性后性能增益和質(zhì)量可靠性的關(guān)鍵。本文采用理論分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究6061-T6鋁合金激光噴丸誘導(dǎo)的殘余應(yīng)力分布及其在熱力條件下的釋放特性，主要工作如下:
　　(1)以高能短脈沖激光與材料相互作用誘導(dǎo)高幅沖擊波的物理機(jī)制為基礎(chǔ)，探討金屬材料激光噴丸殘余壓應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理，分析殘余壓應(yīng)力的影響因素及其評(píng)價(jià)指標(biāo)，引入殘余壓應(yīng)力估算模型，在此基礎(chǔ)上，宏微觀相結(jié)合分析殘余壓應(yīng)力在高

3、溫和循環(huán)加載條件下的釋放規(guī)律和釋放機(jī)理。
　　(2)實(shí)驗(yàn)研究激光噴丸殘余壓應(yīng)力在高溫條件下的釋放特性。選用GAIANd∶YAG高功率激光器對(duì)典型6061-T6鋁合金試樣進(jìn)行激光噴丸試驗(yàn)，RX3-50-13箱式電阻爐進(jìn)行保溫試驗(yàn)，通過X-350A型X射線衍射儀測(cè)量試樣表面以及深度方向的殘余應(yīng)力分布，LEICA DFC420光學(xué)顯微鏡分析試樣微觀組織結(jié)構(gòu)。通過不同溫度和不同保溫時(shí)間下殘余應(yīng)力以及FWHM值的測(cè)試，分析殘余壓應(yīng)力在高溫下

4、的釋放規(guī)律，通過激光噴丸和保溫試驗(yàn)后鋁合金表層的顯微組織形態(tài)觀察，探討激光噴丸對(duì)材料高溫穩(wěn)定性的影響機(jī)制。
　　(3)實(shí)驗(yàn)研究激光噴丸殘余壓應(yīng)力在循環(huán)加載條件下的釋放特性。選用MTS-809拉扭組合材料測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行6061-T6鋁合金狗骨狀試樣在循環(huán)加載條件下的殘余應(yīng)力釋放試驗(yàn)，研究未處理試樣、激光噴丸試樣及激光噴丸后經(jīng)150℃保溫處理10min試樣在經(jīng)歷不同循環(huán)次數(shù)加載后表面殘余壓應(yīng)力的釋放特性，在此基礎(chǔ)上，從微觀組織結(jié)構(gòu)的角度