毕业论文-激光喷丸强化技术

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1、激光喷丸强化技术是一种有效的金属疲劳解决方案，是具有很多优越性的全新的金属表面强化技术。与常规喷丸类似，也是通过在金属表面引入残余压应力而增强金属零件的抗疲劳性能。不同的是，激光喷丸是利用高能脉冲激光在零件表面诱导产生冲击波，冲击波作用于金属表面产生机械“冷作”作用产生塑性变形引入残余压应力，而残余压应力增强了零件材料对表而相关破坏的抵抗能力。本文对304不锈钢试样分别进行激光喷丸与机械喷丸处理，对处理结果分析表明通过激光喷丸处理，表层晶粒得到了细化，但没有产生明显的马氏体相变，随着喷丸能量密度增大，应力腐蚀敏感性减小；而通过机械喷丸处理

2、的试样，晶粒细化的同时诱发了明显的马氏体相变，随着喷丸压力升高，应力腐蚀敏感性呈现先减小后增大的变化趋势。关键i司：激光喷丸强化技术，机械喷丸技术，马氏体和变，应力腐蚀1谢仑31.1激光喷丸强化技术的研宄背景31.2激光喷丸强化技术的研宄现状42传统喷丸强化技术62.1机械喷丸强化技术62.2超声喷丸强化技术73激光喷丸强化技术83.1激光强化技术技术原理83.2激光强化技术实验研宄93.3激光强化技术实验结论114激光喷丸强化技术适用范围12参考文献131绪论1.1激光喷丸强化技术的研究背景在实际的工程应用中，尤其是在机械工程和航空航天

3、等领域应用的机械产品和装备中，其关键零部件通常受到热、力等交变载荷的作用，常常发生磨损、断裂和疲劳破坏，导致产品在有效寿命期内过早报废。疲劳破坏作为一个逐渐发展的过程，通常包括裂纹形成、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展三个阶段。完整的疲劳过程分析，既要研究裂纹的萌生，也要研究裂纹的扩展，但对于某些在制造或使用过程中已不可避免地引入了裂纹或类裂纹缺陷的构件，则主要考虑如何采用延寿工艺控制其裂纹扩展，提高疲劳寿命。为有效提高结构件的抗疲劳失效的能力，目前国内外学者主要开展了两个方面的工作：一方面，致力于提升零部件表面性能的先进制造方法研究，如热处理

4、、深冷处理、电磁热处理、复合材料胶补、激光改性等方法已逐渐应用于零件表面改性和延寿：另一方面，针对疲劳裂纹断裂机制和寿命预测模型开展了探索研究，目标是建立科学的设计理念和安全准则。近年来随着光声光力学科的发展，激光和材料相互作用产生的热、力效应的应用己经引起了国内外学者的广泛关注，并已被用于金属零件的改性延寿研究。其中，激光喷丸强化技术作为革新的表面改性工艺，为延缓裂纹扩展速率、解决疲劳裂纹失效提供了一种行之有效的方法。区别于常规机械喷丸利用弹丸冲击力在材料表而形成残余压应力场，激光喷丸强化技术利用高能短脉冲激光束诱导的高幅冲击波压力对材

5、料实施改性，能有效改善材料屮的应力分布，显著提高金属结构件的疲劳寿命。由于激光束的光斑尺寸精确可调，故激光喷丸强化技术在宏、微观尺度领域均可发挥其优势，可对沟、槽、孔等局部表面进行选择性处理，具有较大灵活性，这是传统的喷丸技术所不能及的，被公认为是有望替代传统机械喷丸强化延寿的绿色制造技术。国内外学者对激光喷丸后的强化效果（如残余应力、硬度、表面形貌、微观组织）也已做丫一定的研究。激光喷丸强化关键零部件抗疲劳制造技术已经成为研究热点并且越来越受到研宄人员的重视。1.2激光喷丸强化技术的研究现状国外激光喷丸强化技术的研宄始于1972年，Fa

6、irand等人首次用高功率脉冲激光诱导的冲击波来改变7075铝合金的显微结构组织以提高其机械性能，从此揭开丫激光喷丸强化应用研究的序幕。20世纪90年代以来，美国劳伦斯利佛莫尔国家实验室LLNL和GE、MIC公司等联合深入幵展了激光喷丸强化技术的理论、工艺和设备的研究，使该项技术逐步用于F110、F101、F414等发动机关键零部件的表面改性和修理，处理后微动疲劳抗力大幅增加，不但提高了飞机发动机的安全可靠性，而且大大节约了维护成本；2004年，美国激光喷丸技术公司(LSPTechnologies,LSPT)与美国空军实验室开展了战斗机F

7、/A-22上F119发动机钦合金损伤叶片激光喷丸强化修复研究，激光喷丸处理具有0.05inch(1.27mm)微裂纹，疲劳强度不够的损伤叶片后，疲劳强度提高至完全满足叶片使用的设计要求。2005年，美国又将激光喷丸强化逐步扩大到大型汽轮机、水轮机叶片以及石油管道、汽车关键零部件等的处理。2009年，Mike等使用激光喷丸强化对海军飞机上钩柄进行处理，与传统机械喷丸相比，钩柄经激光喷丸后疲劳寿命提高了2.5倍。国内有关激光冲击波技术的抗疲劳制造应用基础研究始于1992年，南京航空航天大学与中国科学技术大学相互合作，开展航空结构抗疲劳断裂的激

8、光喷丸强化机理研宂，就激光喷丸处理的物理过程、涂层约束层技术、表而微观组织和形貌、抗疲劳性能以及喷丸效果的评价方法等进行了较为系统的研究。随后，华中科技大学、北京航空工艺所、江苏大学等单位采用