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、在分析國內外零部件裂紋表面強化研究的基礎上，提出了基于激光沖擊波壓應力效應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換體，使其瞬間氣化電離，產生等離子體爆炸，形成高壓沖擊波傳入工件內部，從而使裂紋面材料在沖擊波的力效應作用下強化并閉合。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、于工程應用的激光沖擊新型涂層配方材料和涂層噴涂設備，解決了脈沖激光連續(xù)沖擊止裂延壽工程應用的技術難點，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力強度因子變化的權函數(shù)關系式，得到了任意裂紋面載荷引起的邊緣裂紋應力強度因子。采用有效應力強度因子理論，定量分析了激光沖擊后裂紋擴展速率與應力強度因子范圍變化關系，實現(xiàn)了超高應變率塑性形變

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應力水平的預制裂紋試件安全疲勞壽命增長287％；101.3Mpa應力水平的小孔試件安全疲勞壽命增長338％；
　　 (4)應用研究：把激光沖擊強化止裂延壽理論和方法成功應用于工程實踐。創(chuàng)新提出針對鏈篦機關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