金属材料在强激光超高应变率作用下的微观组织响应

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江苏大学硕士学位论文摘要激光冲击技术是一种新的材料表面改性新技术。激光冲击处理能使零件材料表面性能得到改善，并产生有利的残余压应力，降低生成疲劳裂纹源的几率和增加应力腐蚀抗力，从而延长零件的服役寿命。本文研究了三种不同晶格类型金属材料在激光冲击的超高应变率作用下的微观组织响应及其硬度和残余应力变化情况，并考证研究了激光冲击在铝合金材料表面形成的强化效果和对疲劳寿命的影响。金属材料在外力作用下能产生大量的微结构，为了研究常见不同晶格类型材料在激光冲击下的响应，本课题选择三种最常见晶格类型(b．C．c．、f．c．c．、h．c．P．)的金属材料进行了激光冲击，利用热场发射高分辨率扫描电镜和光学显微镜对激光冲击后三种不同晶格类型材料的微观组织演变情况进行了观察。用X-350A型X射线应力分析仪对激光冲击在这些材料表面形成的残余应力进行了分析，并利用HVS-1000型数字显微硬度计对激光冲击后的材料进行了截面显微硬度测量。为了验证激光冲击对材料疲劳性能的影响，对经过激光冲击和未冲击的LY2铝合金进行了疲劳对比试验，用扫描电镜观察对疲劳行为进行了分析。不同晶体结构对激光冲击超高应变率的反应具有不同的特点：b．c．C．结构的铁素体晶粒中出现了大量微观条状组织，这些条状组织包含形变孪晶和大量位错列形成的晶粒分割；在f．c．C．结构的奥氏体晶粒中则更多地出现了滑移，甚至多滑移现象；h．c．P．结构的钛合金薄板在激光冲击超高应变率作用下产生了宏观形变，在压缩形变区内观察到应变马氏体，在拉伸形变区内则以孪晶和滑移交替进行为主。表面残余应力测试和显微硬度测量结果表明：激光冲击可在金属材料表面产生明显的残余压应力，材料表面硬度也有较大提高。激光冲击后LY2铝合金的低周疲劳寿命得到明显提高，断口分析表明激光冲击后形成的残余压应力有效地延缓了疲劳源的萌生，降低了疲劳扩展条带的宽度和扩展速度。关键词：激光冲击处理；微观组织；显微硬度；残余应力；疲劳断口分析 江苏大学硕士学位论文AbstractLasershockisanewsurfacetechnologytomodifythesurfacepropertiesofmaterials．Itmakesuseofthelasershockenergytoimprovethesurfacepropertiesofmaterials，andinducesresidualcompressivestress，SOastOreducetheprobabilityoffatiguecrackSOurceandincreaseresistancetostresscorrosioncracking，andtoextendtheservicelifeofworkingparts．Themicrostructureresponseofseveralmaterialswithdifferenttypesoflatticeinducedbytheultrahi曲strainrateoflasershockwasinvestigatedinthispaper,aswellasthemicro—hardnessandresidualstresschanges．Theeffectsoflasershockonsurfacestrengtheningandfatiguelifeofaluminumalloywereverified．Metallicmaterialscanproducealargenumberofmicro-structureattheactingofexternalforce．Inordertostudytheresponseofmaterialswithdifferenttypesofcrystallatticesunderthelasershock,threemetallicmaterialswiththemostcommontypicallattices(b．C．v．，ef．c．v．，Ch．c．P．)wereselectedastestmaterials．ThemicrostructuresevolutionofthethreematerialswiththesedifferenttypesoflatticeafterlasershockWasobservedonthethermalfieldemissionhil曲一reSOlutionscanningelectronmicroscopeandopticalmicroscope；theresidualstressinducedbylasershockinthesubstrateofthesematerialswasanalyzedusingX-350AX-raystressanalyzer；andthehardnessmeasurementsonlasershockedsectionwasconductedonHVS．1000digitalmicroscopichardnesstester．Toverifytheeffectsoflasershockontheperformanceofmaterial’Sfatigueperformance，acomparativefatigueWascarriedoutonthelasershockedLY2aluminumalloyandoriginalonerespectively,andthenthefatiguebehaviorsofthematerialwereanalyzedonthebasisoffractureobservationonscanningelectronmicroscopy．Theresponseofmaterialswithdifferentcrystalstructureunderultrahil曲strainrateoflasershockhasdifferentfeatures：agreatnumberofmicro-stripswereobservedintheferritegrainswithb．c．C．structureafterlasershocked，whichmainlyconsistsofdeformationtwinsandgrainsegmentationbyagreatdealofdislocationalignments；intheaustenitegrainsoff．c．C．structuremoreslips，orevenmulti-slipsⅡ 江苏大学硕士学位论文werediscovered；andmacro—deformationwasproducedonthetitaniumalloysheetwithh．c．P．crystalstructureundertheactionofultrahighstrainrateoflasershock,intheregionofcompresseddeformation，thestrain·inducedmartensiteWasobserved，andintheregionoftensiledeformation，inducedtwinningandslippingproceedalternativelyaspredominant．Surfaceresidualstresstestingandthemicro—hardnessmeasurementresultssuggestthat：lasershockcaninducesignificantresidualcompressivestressonmaterialsurface，andthemicro-hardnesscanbealsoincreasedalot．ThefatiguelifeofLY2aluminumalloylasershockedgotsignificantlyincreaseinthelowcyclefatiguetest，fractureanalysesindicatesthatresidualcompressivestressinducedinlasershockeffectivelyslowsdowntheonsetoffatiguecrackingsource，reducesthewidthandpropagationspeedoffatiguestriations．Keywords：lasershockprocess；micro--structure；micro--hardness；residualstress；fatiguefractureanalysisnl 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学位保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密2．不保密年解密后适用本授权书。学位论文作者签名：彘丢匀指导教t口口罗年f乙月f为日年 独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：芫刍％日期：q04多年h月厅日 江苏大学硕士学位论文第一章绪论1．1激光冲击技术国内外发展现状1．1．1国外激光技术发展概况激光冲击强化技术最初开发于20世纪70年代初的美国贝尔实验室，我国著名物理学家钱临照教授早在60年代也提出过这方面的思想。1972年，美国巴特尔学院的Fairand．B．P．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，从此揭开了激光冲击强化应用研究的序幕。1978年秋，该实验室的FordS．C．等人与美国空军实验室联合进行激光冲击改善紧固件疲劳寿命的研究，结果表明激光冲击强化可大幅度提高紧固件的疲劳寿命，当时由于缺少可靠的、高脉冲频率的大功率激光器而未能实用化。上世纪80年代后期，欧洲、日本、以色列等地区和国家纷纷开展了激光冲击强化技术研究。从公开报道的资料看，到目前为止，国际上还只有美国将激光冲击强化实际应用。上世纪90年代在美国高频疲劳研究国家计划等支持下，美国利佛莫尔国家实验室和GE、MIC公司等联合深入开展了激光冲击强化技术的理论、工艺和设备的研究，使激光冲击强化技术获得了很大发展，逐步走向了实用，用于FllO、F414等发动机的生产和修理。其中，F110、F101发动机在使用中发生多次风扇叶片故障，采用激光冲击强化解决了这一问题。美国研发(R&D)杂志1998年将激光冲击强化评为全美100项最重要的先进技术之一Ⅲ。进入2l世纪之后，激光冲击强化技术的应用取得了长足的进展。美国空军为提高激光冲击强化生产效率做出了很大的努力，设置了4个重要的制造技术计划(AirForceManufacturingTechnologyPrograms)，取得了许多重要进展，解决了提高激光冲击强化生产效率和可移动式生产等工业应用问题。2002年以来，美国已将激光冲击强化大规模用于航空部件的制造和修理中，美国MIC公司将激光冲击强化技术用于喷气发动机叶片以改善其疲劳寿命，也提高了飞机发动机的安全可靠性。2003年，美联邦航空局(FAA)和日本亚细亚航空(JAA)将激光冲击强化批准为飞机关键件维修技术，当年这项技术即被用于波音777飞机的零部件处理。2004年，美国激光冲击技术公司(LSPTechnologies，Inc．，LSPT)与美 ：江苏大学硕士学位论文国空军实验室开展了F／A．22上F119发动机钛合金损伤叶片激光冲击强化修复研究，对具有微裂纹、疲劳强度不够的损伤叶片，经过激光冲击处理后，疲劳强度提高到413．7MPa，远高于发动机叶片使用的设计要求379MPa，从而取得了巨大的成功。此外，对叶片楔形根部进行激光冲击处理后，其微动疲劳寿命至少提高25倍。LSP公司还提出了激光冲击对飞机蒙皮铆接结构强化的专利，应用可移动激光设备在飞机装配现场对铆接后的铆钉及其周围强化，效果明显。从2005年开始美国又将激光冲击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。近年来，国外有很多学者在激光冲击提高疲劳性能瞳’31、有限元模拟H一1、组织影响∞’71、微尺度激光冲击方面陋’9’1叫做了大量研究，这些研究都极大推动了激光应用和理论的发展。1．1．2国内激光冲击技术发展概况我国对激光冲击波技术的应用研究发展迅速。国内大功率激光装置在20世纪80年代后期就已进入实用阶段，但数量较少，仅有的几家单位是中科院上海光机所、中国工程物理研究院和中国科大强激光研究所。这些激光系统的规模十分庞大，技术复杂，造价昂贵，这些条件都限制了我国学者对激光冲击技术的研究。1990年前后，我国学者开展了激光冲击波强化的机理及应用研究。从1992年起，南京航空航天大学与中国科学技术大学合作，开展了航空结构抗疲劳断裂的激光冲击强化技术研究，对强激光产生的冲击波及其对材料的强化机理、激光冲击区的表面质量等进行了大量研究，首次创立了激光冲击强化效果的直观检验与控制方法n1’12]o1995年，华中科技大学的邹鸿承等人用钇铝石榴石固体激光器在小功率(193MJ)、小脉冲(5ns)、小光斑(1mm)的激光参数下对铝合金LYl2CZ进行多点拟合处理，使试样的表面硬度提高5倍，硬化层深度达到0．卜0．2mmn引。同年，中国科技大学强激光研究所的吴鸿兴和郭大浩等学者研制成功小型实用的激光冲击强化装置，其外形尺寸为0．6m×1．88mX0．6m，具备了在实际工程中推广应用的价值(激光装置外形尺寸小于美国的同类产品)。小型实用的激光冲击装置研制成功，加快了激光冲击波技术工程应用的步伐。近几年来，江苏大学在激光冲击处理领域展开了大量的研究n4|，不仅自主研发了高能量的激光冲击系统，还对激光冲击作用过程作了深入研究；在材料的力2 江苏大学硕士学位论丈学性能，比如材料的硬度、残余应力以及抗疲劳性能等也做了很多的研究n乳16—71。除了对碳钢、航空铝合金等材料的激光冲击处理研究外，在激光冲击处理技术的基础上首次提出了激光冲击成形的新概念并进行了系统研究，这些都促进了我国激光处理技术的发展“8H钆201。众所周知，材料微观组织的演变对材料力学性能有重要的影响。但是有关激光冲击引发材料微观组织演变的研究报道在国内还不是很多。1．2激光冲击技术原理1．2．1激光冲击处理技术概述激光冲击处理是一种利用激光的高能量和高密度对材料表面冲击的一种技术。为了将激光能量转化为一冲击力学效应，一般在工件的待冲击区域涂上一层不透光的材料作吸收层，吸收层在激光辐射下会等离子化而膨胀从而产生一高达GPa的冲击压力。在吸收层外还需一层透明物质作约束层从而使等离子体受到约束得以使高应力作用于工件。当高功率密度、短脉冲的强激光穿过透明约束层照射到金属材料表面的能量吸收层时，能量吸收层充分吸收高能激光的能量，而在极短时间内汽化电离形成一个高温高压的等离子层，该等离子层迅速向外喷射，由于约束层的存在，等离体的膨胀受到限制，导致等离子体压力迅速升高，结果施与靶面一个冲击加载，产生向金属内部传播的强冲击波。由于这种冲击波压力高达数GPa，远远大于材料的动态屈服强度，从而使材料产生屈服和塑性变形，同时在冲击区域产生残余压应力，改善工件的疲劳和耐腐蚀性能。在此过程中，由于有能量吸收层本身的“牺牲”作用，而激光冲击的时间极短，保护了工件表面不受到激光的热损伤，故热学效应可以忽略不计，从而可以将激光冲击强化工艺归为冷加工工艺，而约束层的存在大大提高了等离子体冲击波的压力和作用时间。在激光脉冲作用期间，当其强度保持恒定时，施加于金属靶面的冲击波压力维持一个平稳阶段。而在激光作用的后期，由于激光功率密度的减小，作用于表面的冲击波压力也随之降低。因此在激光冲击过程中，激光诱导的冲击波压力经历了快速增强、保压和衰减三个过程。图卜1为激光冲击处理示意图。3 江苏大学硕士学位论文图11檄光冲击处理而意翻Fig．1—1Thesketchmapoflasershockprocess根据以上分析，可咀把激光冲击强化过程分成三个阶段：靶面吸收层在激光作用下汽化成等离子体；等离予体形成高压冲击波加载于靶面：靶材动态响应而产生塑性变形。激光冲击强化处理的实质就是冲击波与材料相互作用的结果。吸收层的作用是：1)提高对激光辐射能量的吸收能力2)增大压力波的峰值压力3)防止金属表面的熔化和气化”“。1．22激光冲击处理的过程试样在以玻璃作约束层时进行激光冲击处理的装夹如图卜2所示。图卜2辙光冲击装夹简削Fill-2theclampdiagramofLSPdevice高频率激光向金属材料表面照射时．金属材料的涂层将吸收激光能量而产生熔融与气化，气化的同时涂层急剧吸收激光能量并形成等离子体，激光冲击成形主要利用等离子体爆轰产生的冲击波压力使金属材料发生塑性变形，并且经激光冲击后，金属材料的力学性能也有所提高。图卜3为激光冲击处理中冲击波与自由约束层的相互作用示意图。 江苏大学硕士学位论文◆7．一，nr——■卜FreI≮心／／／多莎EFj／一乳／B，-4／＼图卜3激光冲击强化处理自由约束层受力示意图Fig．1-3thestresssketchoffreelimitinglayerofLSP图中-H一自由约束层厚度，R。一自由约束层半径，‰一激光冲击光斑半径，R一激光冲击气化爆炸的压力使自由约束层产生爆碎前的一瞬间，气体爆炸使自由约束层与工件之间形成了的一个球冠空间半径，R。·球冠底半径，它与光斑半径相同，F。一涂层气化爆炸后使自由约束层在与工件表面垂直方向上产生的合拉力，F：一自由约束层与工件表面的粘着力，F。一气化爆炸时自由约束层某一中心剖面一侧所受的平行于工件表面的合压力，0一过E点作圆弧EB的切线，且与工件表面相交所成的夹角，0角的大小与自由约束层的刚度和临界动态断裂极限强度有关。由图1-3可以看出，由于自由约束层的刚度较小，激光冲击时自由约束层由于激光冲击气化爆炸的压力形成一个球冠空间，这说明自由约束层的增压效果在整个激光冲击区域不是均匀，而是中心最大，往四周较小，激光冲击波对材料的作用也应是球冠形的。激光冲击处理过程主要是涂层吸收激光能量形成等离子体膨胀爆炸产生冲击波压力的过程。在激光冲击过程中，激光与涂层作用产生冲击波大致分为如下5t■■i】llllJ，R一 江苏大学硕士学位论文三个阶段瞳21：(1)部分等离子体形成在激光透过约束层时，在涂层表面厚度与激光波长同量级的薄层中产生光吸收，激光的辐照使涂层物质迅速气化并向外喷溅，同时在喷溅的涂层中最先发生气化并完全电离，形成等离子体，如图卜4所示。在涂层蒸气温度和密度较高的某些区域，可能发生入射光几乎完全被等离子体吸收的情形，这时主要是逆轫致照射对吸收有贡献，这种光吸收区前沿温度和压力骤然升高，形成流体力学的间断点，即冲击波。1IdⅡIllplo／。““““““¨Db缓黧：：、钐多Lase：：．：：，，●，：＼。／执t一、、Vaporizedco图卜4激光冲击部分等离子形成时的示意图Fig．1-4thesketchofplasmadeformedinearlystageinLSP(2)等离子区域不断扩大第一阶段的部分等离子体形成之后，由于等离子体还会继续吸收激光能量，使等离子体温度达到极高，此时等离子体吸收骤然下降，对激光变为透明，这样就使后续激光能量又能重新辐照于未发生电离爆炸的涂层表面，造成新的激光吸收面和冲击波阵面。(3)激光辐照结束设涂层电离气化速度为V，吸收层厚度为L。由于脉冲激光作用于涂层时间是有限的，因此这一过程也是瞬时完成的。如果激光作用持续时间大于L／V，则激光必然对工件表面产生烧损；如果激光作用持续时间小于L／V，则涂层就会剩余；只有当激光作用持续时间等于州，才能获得最理想的作用状态，即激光辐照结束的瞬间，涂层全部汽化并完全电离。1．2．3影响激光冲击的因素由于激光冲击处理的冲击波是由等离子体产生的，因此影响激光冲击处理的6J【n4vmaenb．1gfnfn．1 江苏大学硕士学位论文因素与产生等离子体的参数有关，包括激光参数、金属材料表面特性、涂层、环境氛围等，同时与约束层也有极大关系。在诸多因素中激光参数、涂层、约束层、材料参数及约束边界是主要的影响因素，实际冲击过程中冲击参数的优化就是上述各因素的优化组合。影响激光冲击的激光参数主要有激光功率密度和激光脉宽。1．激光功率密度目前试验研究中主要使用波长为1．06txm钕玻璃激光器，激光功率密度大于109W／锄2，激光脉冲宽度为115级。激光参数的选择对于激光冲击成形的效果有着直接的影响，激光功率密度I，激光能量E，脉宽T，光斑直径D，有以下关系∞3：．4E册Dz(1—1)激光功率密度大小应根据试样材料的物理力学性能来具体选择，同时还要考虑涂层材料对冲击波压力的衰减作用。Ballard乜铂认为所选择的激光功率密度应能使冲击波峰压的范围落在2--一2．5Ph之间，Ph为材料的动态屈服强度，在这个范围内可以获得理想的激光冲击强化。A．W．Warre认为在相同的能量密度下，光斑直径越小，最大残余应力和冲击影响深度都会减小，冲击区之间的相互作用会影响整体冲击效果瞳副。激光功率密度的选择还要根据约束层的击穿阈值来考虑，如激光在穿过约束层时，在约束层表面产生等离子体，则过高的功率不但不能提高冲击波峰压，相反会起到降低冲击波峰压的作用。研究表面，约束层表面等离子体的逆韧致吸收效应在激光与材料耦合中起主要作用，为降低逆韧致吸收效应对通过约束层后的激光能量的影响，主要的解决方法有n引：(1)改变激光脉冲的波形。通过在光路中放置转换晶体，从而获得短上升延(SRT)的脉冲。国外研究表明SRT脉冲比高斯脉冲获得更高的冲击波峰压，这主要是因为SRT脉冲能更有效地阻止电离雪崩的发展。(2)改变激光波长入。缩短激光波长可以有效地降低逆韧致吸收效应的影响。例如波长为0．5141xm的激光通过等离子体后获得的剩余能量比1．06l-tm的激光高25％。进一步的研究表明，降低A值对冲击波持续时间是有益的，这主要7 江苏大学硕士学位论文是因为当激光功率密度足够大时，在约束层表面产生等离子体将会使到达材料表面的激光功率密度的峰值延迟，从而缩短冲击波持续时间。由于冲击波的持续时间对冲击效果有很大影响，因此可以利用更短波长的激光进行冲击，以消除约束层表面等离子体的逆韧致吸收效应对冲击效果的影响。但由于目前使用的转换晶体转换效率很低，这种技术有待于进一步研究。约束层表面等离子体的逆韧致吸收效应是有害的，但约束层和金属材料之间的等离子体的逆韧致吸收效应对激光冲击强化却是非常有益的。由于逆韧致吸收效应的影响，受约束的等离子体将急剧吸收激光能量，极大地提高激光能量转换为冲击波能量的效率。2．激光脉宽激光脉宽的大小对激光冲击处理效果有很大影响。冲击处理后材料的塑性变形深度、表面残余压应力大小均与激光脉宽有关。冲击波脉宽(激光脉宽的1～3倍)与靶的塑性变形深度成线性关系。因此从强化效果的角度来看，采用较大的激光脉冲宽度可获得较好的强化效果。然而过大的激光脉冲宽度极易造成金属材料表面的热损伤，降低激光冲击处理的效果。在激光冲击过程中，为了有效提高激光冲击中产生的冲击波峰压，在被冲击表面附加一层具有一定机械强度和高透光率的材料作约束层。约束层对激光冲击效果有很大影响。所以，能够作为激光冲击约束层的材料都具有以下几个特点：(1)对某种波长的激光具有高的透光率；(2)有较高的机械强度(抗剪切、抗拉伸强度)；(3)在满足一定机械强度的要求下，约束层要有一个合理的厚度。国内外目fj{『主要是以水和玻璃作为激光冲击约束层进行研究。1992年，法国学者Gerland和Presles等人在没有约束层的情况下对316L不锈钢进行激光冲击，将冲击后的试样与未处理试样进行疲劳对比试验，结果表明冲击处理试样的疲劳寿命反而有所下降。由于玻璃比水的声阻抗高，因此用玻璃作为约束层能比用水获得更高的冲击波峰值啪’27|。Masse分别利用水和玻璃作为约束层处理碳钢(含碳量O．55％)，在同样功率密度(1．7GW／锄2)处理后，两种试样得到的表面残余应力分别为．152MPa、．338MPa[28I。Gervey等人啪1在没有约束层的情况下将合金试样置于密度为5x1041VIPa真空中，冲击后发现冲击区存在表面残余拉应8 江苏大学硕士学位论丈力。有无约束层的冲击比较可见表卜1、表卜2∞01，由这些可以看出，在激光冲击时，有无约束层激光冲击产生的峰值压力相差较大。表1-1未加有机玻璃约束层时最人压力Table1-1max—pressurevaluebylasershockprocessingwithoutlimitinglayer表卜2加有机玻璃约束层时最大压力Table1-2max—pressurevaluebylasershockprocessingwithlimitinglayer国内外学者不仪对激光冲击中有无约束层进行了研究，还对使用何种约束层进行了研究。在这一系列激光冲击实验后，主要是使用对1．06I，tm激光具有较高透光率的K9玻璃，其能很好地符合约束层的条件，但在激光冲击实验过程中需要夹紧装置，这就增加了操作过程中的麻烦，且K9玻璃作为刚性材料，在激光冲击处理圆角、凹槽、内孔等部位时，发挥不了作用，在激光冲击过程中可能产生飞溅伤人，所以提出了柔性约束层的概念，柔性约束层有以下几个特点：(1)能够通过某种波长的激光；(2)柔性约束层为液态，这能使用于各种非平面表面加工件；(3)具有一定的临界动态断裂强度(抗疲劳、抗拉)，且相对易于产生爆碎，这样既能增加峰压，也能避免清理残余约束层的麻烦；(4)具有一定的厚度，太厚会造成能源和材料浪费，太薄产生不了所需压力，起不到强化效果。目前柔性约束层使用最多的是水约束层，ArviKruusingb妇对水约束层的优点和缺点作了详细的总结。水约束层能满足柔性约束层的一般条件，而且还具有取材方便和耗价低廉的优点。江苏大学肖爱刚制等人对有机硅胶也进行了有益探索。在激光冲击中吸收层作为产生吸收激光能量从而产生等离子体对工作产生9 江苏大学硕士学位论文冲击作用的载体，其特性也就显得特别重要。到目前为止，吸收层主要有三类：一是磷化吸光涂层(利用化学或电化学方法获得磷酸盐)，二是喷涂和涂敷的吸光涂层(在金属表面喷涂或涂敷黑漆等)，三是铝箔。目前，大部分学者在激光冲击工艺中都选择黑漆涂层，因为黑漆涂层不仅成本较低，而且在试件冲击后易于去除。磷化处理虽然易在工件表面形成均匀薄膜，但激光冲击直接作用于工件表面，会增大工件表面的粗糙度，而且经过激光辐照后易在工件表面形成亚微观结构的表面晶间裂纹，不利于工件疲劳寿命的提高。国内学者刘世伟、郭大浩等利用上海光机所研制的86—1黑漆，使用不同厚度的黑漆涂层，对激光冲击强化处理效果进行了比较。结果表明，在一定条件下，涂层厚度有一临界值∞2|：(1)当涂层厚度超过此临界值，黑漆涂层将不会完全烧掉，去掉残余黑漆涂层后，可以在工件表面看到光亮的冲击凹坑。在此过程中，大部分涂层被激光能量辐照气化形成等离子体爆炸冲击波；而剩余部分对冲击波产生损耗口3I。因此，涂层过厚，测得的峰值压力较低，冲击效果也相对较差。(2)当涂层厚度低于临界值时，涂层未能吸收掉足够的激光能量，以致激光直接灼烧工件而产生等离子体。当涂层厚度低于临界值时，涂层已经不能起到保护金属表面的作用，在工件表面形成粗糙的冲击凹坑，反而对工件产生了负效果。上述分析了激光与吸收层的相互作用机理，尤其是分析了吸收层在激光冲击技术工艺中的两个重要作用，一是涂层在高能束激光作用下汽化、爆炸产生了强冲击波，从而对金属工件起到成形作用；二是涂层可以起到有效保护金属工件表面免受高能激光束直接辐照产生表面“融蚀”，从而改善了激光冲击后金属工件表面质量。从上述分析可知，激光冲击强化吸收层的选择一般要从以下几个方面加以考虑：(1)对某种特定波长的激光具有强吸收，以保证激光冲击时能量的有效利用。(2)有较低的热传导系数，限制高温等离子体对金属工件表面的热的作用。(3)低的升华能，可以产生密度和温度更高的等离子体，获得更高的冲击波。10 江苏大学硕士学位论文(4)吸收涂层应有合适的厚度，涂层过薄，易使激光直接烧金属工件表面，影响表面光洁度；涂层过厚，会降低爆炸峰压对金属工件的冲击效果，同时也会造成涂料的浪费。激光冲击过程中普通黑漆涂层有如下缺点：(1)不易干，每次涂覆后要等2-3小时涂层才能完全吹干，这不能提高激光冲击加工的效率；(2)不能很好保护靶面，使得连续冲击过程中靶材表面出现烧蚀现象；(3)涂层的厚度不能确定。对于硅酸乙酯黑漆复合涂层，虽然加入了高硬度C2H6S205、SiOx粒子，通过调节涂层的成分，使得涂料能很好的被激光强烈吸收，有效的提高了激光冲击效果。但是，这些含Si化合物或碳化物作为硬质点障碍物起到了阻止表面擦伤和减弱基体塑性变形的滑移作用口副。相对普通黑漆涂层，铝箔具有均匀一致的厚度，并且其使用比较简单，贴在待冲击区即可进行冲击。同时也能很好的保护靶材表面，保持材料表面的光洁度，对于观察激光冲击下材料微观组织演变的实验，铝箔比硅酸乙酯更能客观的反应试验结果。1．2．4激光冲击力学效应分析∞1激光能量平面分布一般为准高斯分布m1，图卜5为高斯能量分布图。lI，0厂∑／Io／e2／0∞图卜5激光束能量的高斯分布F逸．1—5theGaussdistributionoflaser-beamenergy激光冲击处理过程中的等离子体膨胀冲击波可看作一个一维的爆轰波，根据爆轰波处理论，其蜂压P的估算公式恤3：p=(铡2纠H·哗竽∥响0)2届∽2， 江苏大学硕士学位论文式中：k-一比热比，k=1．67；岛⋯约束层材料、涂层材料和靶材的气化蒸汽综合体的密度。这里以铝在800。C时的熔化密度岛=2300KG／m3作近似估算。当qo=3．12GW．cm七时，p=3．16GPa。材料动态屈服强度一般为材料屈服强度的2"-'4倍。1．3激光冲击处理对材料表面的影响1．3．1表面形态及微观组织在等离子体高压冲击下，金属材料表层在高应变率下发生弹塑性变形，有些材料在激光冲击产生的高应力作用下甚至诱发马氏体相变。金属塑性变形的微观机理是位错的产生和运动。金属的塑性变形与位错之间存在Orowan关系口刀：g=KP工b(1．3)式中：∥为运动位错密度；K为与位错有关的因子；b为位错柏氏常量；工为位错运动平均距离。因此在一定的微观结构下，塑性应变率变化的动力学规律与位错运动速率变化规律是一致的。高密度位错是由于金属表层承受激光冲击时经受了激烈的塑性变形，位错大量增殖，运动滑移使内部位错密度急剧增加的结果，位错密度的增加对硬度有很大的影响啪1。国内学者在对不同材料激光冲击中发现了位错、孪晶、形变马氏体啪瑚一1I，但都没有能对产生这种显微结构的机理作深入的分析。1．3．2激光冲击对机械性能的影响激光冲击在材料表面产生了高密度位错和细晶化，有些还会诱发马氏体相变，这些都可以提高冲击区的表面硬度。邹世坤等H21对1420铝锂合金经激光冲击强化后，表面显微硬度从基体的HVl25提高到HVl55左右(见图卜6)。12 江苏大学硕士学位论丈图1-61420铝锂合金经激光冲击强化后表面硬度分布旧’Fig．1—6thehardnessdistributionof1420AI·LialloysurfacewithLSP激光冲击强化的主要应用性能是其在材料表面产生了大的表面压应力从而极大地提高了材料的抗疲劳性能。杨建风等H31在对Q盯00．2进行了激光冲击后，在材料表面形成的残余压应力可达-200MPa，残余压应力深度大于0．5mm(1药1．乃。PatrickJ．GoldenandMichaelJ．ShepardH41对经过强化处理和未经过处理的疲劳寿命进行了对比，发现经过强化冲击处理由于存在有残余压应力而使试样的疲劳周期超过预期(见图卜8)。A．KingH51认为LSP由于能产生更深的压应力区，所以能比单喷丸提供更好的抗磨损疲劳性能。b图卜7激光冲击后QT700—2后的残余应力分布：(a)光斑区域残余应力分布；(b)沿层深方向残余应力分布Fig．1-7theresidualstressdistributionofQT700-2steelafterLSP：(a)theresidualstressdistributioninspotarea；(b)theresidualstressdistributionindepthdirection∞弱如朽∞强如为∞：。>l_{，∞8c譬莹 江苏走学硕士学位论文图卜8激光冲击冲击处理或者喷丸处理的疲劳生命预测：幽片显示考虑与小考虑残余应力硐素下的对比““Figll8LifepredictionresultsofLSPorLPBueatedspecimens：acomparisonofresultswith加dwithoutthesupeqmsitionofresidualmⅫbshowaM在冲击波作用下．工作主要受到巨大的压变力冲击产生弹塑性变形，在平行于工件表面对工件产生较大的压应力，冲击波过后，平行于工件表面的压变力由于材料变形而保留下来。pIH％’-●f；；H蚓卜9娥采压应山，“生蟓理Fig．1-9Compre疆ivcresidualshcss皓byLSP：gcneralprinelples关于残余压应力的计算，法国学者EBallard提出一种计算此冲击区冲击深度和残余应力深度关系的模型⋯1。该模型是基于一维平面冲击波及弹性完全塑性半无限体材料而言的，提出三个假设：(1)冲击变形为一维平面变形：(2)压力脉冲在空间上均匀：(3)材料遵循VonMises塑性准则。表面残余应力计算公式：‰，00-¨坐‰][1_丝(1+v)上严(1-2)1一V口r042式中o。为表面初始应力，u为拉梅常量，8。为塑性应变，”为泊松常量，n 江苏大学硕士学位论丈为冲击半径。等离子体产生的压力要远远大于喷丸所产生的压力，激光冲击产生的残余压应力与喷丸产生的压应力相比有以下几大优点：1．激光冲击产生的压应力比喷丸大。2．激光冲击产生的压应力层比喷丸要厚。3．由于激光冲击具有局部可控性和整体平衡性，而喷丸在小范围内可能具有极大的不平衡性，所以激光冲击是“量子化”的喷丸。1．4本课题的研究目的、意义及内容激光冲击处理技术(LSP)是利用激光高密度能量对材料表面作用产生强冲击力的一项重要应用，目前已在航空发动机叶片上得到了工业化应用，经过激光冲击处理的发动机叶片使用寿命得到极大提高。如果能对金属材料在激光冲击下的各方面响应有成熟的理论，则激光冲击处理在处理重加载零件的关键部位上就会具有广阔的应用前景。本课题主要研究内容：1)选取三种典型晶格b．c．C．、f．c．c和h．C．P的材料在强激光冲击的高应变率下的表面现象和微观结构演变现象进行观察和分析，在此基础上进行超高应变率的强化机理研究，包括宏观形貌、表面质量、形变情况、晶粒、位错、孪晶等材料学现象；2)研究金属材料在激光冲击下的残余应力分布和表面硬度变化情况；3)选用面心立方结构的LY2铝合金来验证激光冲击对材料疲劳性能的影响。 江苏大学硕士学位论文第二章试验材料与试验方法2．1激光冲击设备试验工作在江苏大学强激光实验室的高功率钕玻璃激光系统上进行，该实用型激光冲击强化装置由一级调Q钕玻璃激光振荡器(钕玻璃棒)、一级钕玻璃激光前置放大器(钕玻璃棒)及一级钕玻璃激光主放大器(钕玻璃棒)组成，其总体激光光路排布如图2-1所示。MIIDQQSSDCM2PAM3图2-1激光冲击装置的激光光路排布图Fig．2-1TheopticpatchsketchinLSPdevice图中M：多层膜反射镜子ID：小孔光阑M：MultiplefilmreflectingmirrorsID：SmallholediaphragmSDC：可饱和染料盒OOS：调Q振荡器SDC．SaturationdyecellQQS：QuantizationoscillatorPA．前置放大器MA：主放大器PA：PioneeramplifierMA：：MainamplifierFL：聚焦透镜RLS：待处理的试件FL：FocuslensRLS：Readylaser-shockedsample激光冲击形变装置的主要性能指标有：(1)脉冲宽度为20ns(2)激光脉冲输出能量≤41J(3)激光输出稳定性，包括：输出激光脉冲能量起伏≤±4％16 江苏太学硕士学位论文输出激光脉冲功率起伏≤±5％(4)激光输出波长为1．054um(5)系统自发辐射能量(ASE)≈50mJ(6)工作重复频率2次／min图22为激光冲击试验示意图。“／·⋯一圉2-'2激光冲击试验装置Fig．2-2Theexperimentalsetupforlasershockprocessing22试验材料及试验过程21bcc晶格材料的选择与试验过程本实验选用退火态45铡组织中的铁素体来观察激光冲击强化对bcc晶格金属材料的演变影响。试样尺寸为：30mmx30mmx8mm。选用的激光冲击参数：波长1054um．脉宽20ns，能量40J，有效光斑直径为8mrn，激光的功率密度I。=312GW．cm4激光脉冲能量分布为准高斯分布。预冲击前对材料表面砂磨处理，以使表面具有一定的光洁度，并在待冲击表面粘覆100um厚铝箔作激光吸收层，冲击用3rm的流动水层作为约束层，进行一次冲击试验研究。2fcc晶格材料的选择与试验过程对丁fcc晶格的材料选用了$204奥氏体不锈钢和304奥氏体4i锈铜，奥氏体卟锈钢试样尺寸为20mmxl5mmx3mm。所用激光冲击参数与前面追火45铜相嗣，并对304奥氏不锈钢进行了同一区域的重复和三次冲击。S204不锈钢化学成分(质量分数，％)为：c翊．08、s母．00、crl8-20、Mn6-8、Ni3．4、P_'2XL045、鹾～匝 江苏大学硕士学位论文S翊．03、余量Fe。304不锈钢化学成分(质量分数，％)为：C如．08、Si<1．00、lVln52．00、P卯．045、S如．03、Ni8．0．10．5、Crl8．20、余量Fe。2．2．3hop晶格材料的选择与试验过程hcp晶格材料选用了航空上应用较多的钛合金材料，试样为0．9mm的TAL2工业纯钛板。激光冲击处理工艺与前文相同，但涂层使用了黑漆涂层。2．2．4残余应力测量和硬度试验本文在江苏大学机械学院X-350A型残余应力分析仪上对激光冲击造成的表面残余应力变化进行了测量，利用HVS．1000型数字显微硬度计对表面硬化层硬度进行了测量。2．2。5激光冲击强化LY2铝合金的疲劳应用试验为了验证激光冲击对材料疲劳性能的影响，用具有面心立方结构LY2硬铝合金进行了疲劳试验。其主要化学成分如表2．1所示，主要力学性能如表2-2所示。表2-1LY2(2A02)航空铝合金的化学成分Table2-2ThenominalchemicalcompositionofLY2表2-2LY2航空铝合金的力学性能Table2-3ThemechanicalpropertiesofLY2LY2铝合金在疲劳拉伸试样一侧做出两列连续线冲击区，激光光斑直径5mm，能量12J，频率0．5Hz，光斑搭载率17％，疲劳拉伸试样如图2-3。疲劳试验轴向加载最大应力O．。=365Mpa，加载频率f=1．5Hz，应力比R=0．1。图2-3LY2铝合金疲劳试样尺寸Fig．2-3dimensionofLY2fatiguespecimen18 江苏大学硕士学位论丈2．3材料组织观察设备材料组织与疲劳断口运用了江苏大学理化中心JSM一7001F场发射扫描电镜和倒置会相显微镜进行了观察和分析。19 江苏大学硕士学位论文第三章激光冲击中的“应变屏蔽"和“约束击穿’’现象在本实验过程中，材料根据约束条件不同在激光冲击作用下出现了两种不同现象：“应变屏蔽"和“约束击穿"。3．1激光冲击时对材料运动的约束在实现激光冲击材料表面的过程中，存在着两种约束体系，一种是装夹被冲击件需要的约束系统，其作用是保持工件稳定和确保按设计的冲击路线实施准确的激光扫描，它由一套计算机自动控制的机械央持系统组成，可称之为“工艺约束”，如本实验激光冲击系统中使用的“工艺约束”——五轴联动机构。另一种是当强激光束作用于材料表面涂层诱发冲击波后，这种激光支持的爆轰波与材料表面相互作用时对可能造成的材料形变运动(位移)的约束，这可称为材料本身约束，它与激光能量、约束条件、材料的特性与试样的几何尺寸密切相关。在激光冲击的方向上，约束首先产生于表面约束层。由于用水做约束层，激光冲击将表面涂层(牺牲层)汽化爆炸的压力将使约束层形成一个球冠空间，产生增压效果。根据系统的组成，激光冲击时材料表面受冲区域物质位移的约束由两部分合成，一部分是表面约束层(confinementstratum)，不论是用水、还是玻璃等；另一部分就是在厚度方向上工件材料本身对被冲击表面材料运动构成的约束(constraint)。3．2“应变屏蔽”在激光冲击情况下，如果冲击产生的能量几乎全部被材料表面吸收，激光能量诱发的超高应变率迫使材料表层产生塑性变形，内部产生大量应变效应，如孪晶、滑移，位错、晶界移动等微观结构演变甚或相变等，即“应变”事实上发生了，但宏观几何测量中在试件上却往往测不出或试件形状外廓却显示不出这种位移，这就产生了“应变屏蔽’’效应。这种约束条件下的激光冲击系统示意图如图3-1所示。此时，除前述表面约束外，厚度为H的试验材料本身承担了表面局部形变的刚性约束，这种约束状态可以称为全约束。 江苏大学硕士学位论丈图3一l具有“应变屏蔽”效应的激光冲击系统示意图Fig．3-1TheSchematicillustrationofstrain8cl'e它ningeffectuponlasershockprocessing在应变屏蔽状态下，材料内部的微观结构应变是客观存在的，所以，受激光冲击的区域可以获得很大的表面压应力。本课题中在对b．c．c．晶格类型材料和f．c．c．晶格类型材料在激光冲击条件下发生了应变“屏蔽效应"，材料外形尺寸并未发生明显变化。应变屏蔽效应表明，在激光冲击的高能和超高应变率作用下，材料响应是多方面的，材料表面的形状变化规律不是简单的弹塑性应变，而是一种应变强化和结构演变的合成效应。b．c．c．晶格类型铁素体材料组织和f．c．c．晶格类型的奥氏体材料组织在“应变屏蔽"条件下微观组织发生了变化，表面硬度出现了提高，并在表面产生明显的的残余压应力。3．3“约束(constraint)击穿"激光冲击时，若被冲击材料本身较薄，视激光参数和材料性能，在厚度方向上有可能约束不住激光冲击能量所造成的材料运动，将在三维空间产生变形，即在激光冲击路线上，在材料的背面存在一个自由度，可能产生位移，此时，除材料内部微观结构的演变外，还伴随着变形位移，用几何测量方法能确切测定这种变形，这种情况可以称为“约束击穿"。图3—2所示为具有“约束击穿”效应的激光冲击系统示意图，对照前一种情况可知，被冲击材料产生了宏观塑性变形。21 江苏大学硕士学位论文图3-2具有“约束击穿”效麻的激光冲击系统示意图Fi93。2TheSchematicillustrationof"constraintbreakdown'’effectupo[ilasershockprocessing在约束击穿的情况F，原来直面激光冲击波的部位，将产生一定的压缩变形；而在试件背面突出的部位，将产生一定的拉伸变形。本实验TA2钛合金板件只有0．9mm厚度，在激光冲击作用下产生了“约束击穿”，造成材料激光冲击部位正背面组织变化有很大差异。图33为本试验中对09mm厚的钛合金薄板进行激光冲击的结果，冲击后的试样如图所示。一n茹碧霉釉幽33钍合金薄板的激光冲击彤变：8-正面：b一背面Fig．3-3Appearanceoftltaninrnalloyshellmdeformationareawithhalfdie：}--coltca*4fside；b--protrudedside34“应变屏蔽”和“约束击穿”的应用综上所述，一般将以表面强化为目的而产生应变屏蔽效应的被冲击件称为“厚件”，而将那些以微成形为目的而发生约束击穿的被冲击件称为“薄件”，但也可能有介于两者之间的情况。故在对工件表面施行激光表面冲击时，应区别对待。厚件自不待言，而对薄板类工件旖行激光冲击以获得表面强化为目的时需要加以强化工艺约束条件，以避免约束击穿而使冲击能量转变为宏观塑性变形，从而影响强化效果。另外，利用激光冲击的约束击穿原理，可实现金属薄板的半模成形“7“和无模成形。 江苏太学硕士学位论文第四章金属材料组织结构对激光冲击的响应41激光冲击对铁素体(b．cc．晶格)组织的影响退火态45钢组织由先共析铁素体与珠光体组成，如图4一l所示。囤4-2激光冲击哇5钢的微观结构FigA-2themicrostmctnre0f45咖dwithL舶先共析铁索体含碳量为0．0218％，相当于纯铁，具有益好的塑性，较容易在激光冲击载荷下发生塑性变形。在激光冲击作用下先共析铁素体内部发生许多的组织结构变化。 扛苏走学硕士学位论文(1)位错由，位错附近的点阵畸变，原予处于较高的能量状卷，其腐蚀速率将比基体更快，因此在适当的侵蚀条件r，会在位错的表而露头处，产牛较深的腐蚀坑。位错的蚀坑一般具有规则的外形，如三角形、萨方形等规则的几何外形，且常呈有规律的分布，位错蚀坑的形状与试样磨面的晶面有关。图43所示为激光冲击后在铁索体晶粒内观察到的蚀坑形貌，呈现定的规律性和相当的密度，局部宵如很多位错在同一晶面排列起来的分巾样式。但其形状的规则性不卜分典型，尚难判定在何晶商。嘲43激光冲击45钢剖而E先共析铁索体中的蚀坑形貌F嘻4-3Thepnpatleminprceuteetoidfertilewithin45steel山于在实际晶体中，每个晶粒内原子排列的取向不完全致，晶粒内可能原先存在位向差报小的若干小晶块，即亚晶粒，帽邻亚晶粒之间的界面实则为小角度晶界。根据罔43所示蚀坑的分布特征，能够隐约识别品体中存在许多不同角度的亚晶界，由若干连续的蚀坑构成。晶界中的位错排列越宙．则位向差越大，激光冲击造成铁素体中形成大量的位错界，将原先的铁素体分割为人小不等的亚晶粒。罔5—3所示的情况说明激光冲击在铁索体中形成了较多数量的蚀坑，在低倍观察中仅能看到条带状的细线，其实质就相当于将原柬较大的铁素体晶粒分割成许多小区域，在三维空间就可以认为它起到r细化晶粒的作用。图4-4为用超音速微粒轰击技术在40Ur钢表面塑性变形后距表而50pm处铁素体品粒中位错界角度的TEM图像”1，可作为借罄和参考。 江苏大学硕士学位论文一嚣。⋯图4-4铁素体位错界角度TEM像⋯。Fi94-4Theandeofdislocationedgeinferfite晶体的塑性变形是借助位错在应力作用下运动和不断增殖。随着变形度的增大，晶体中的位错密度迅速提高，经严重冷变形后，位错密度可从由原先退火态的1067cm‘升高到10””c矿，继续增加塑性变形的量，晶体巾的位错线通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结，此时将观察不到位错蚀坑。由此可知，本试验所用的激光冲击能量对45钢造成的冲击强化的功效是有限的。(2)孪晶本试验在经激光冲击的先共析铁素体中．观察到变形孪晶。孪晶的特点：孪晶变形也是在切应力作用下发生的，并通常出现于滑移受阻而引起的应力集中区，因此，挛晶所需的临界切应力要比滑穆时太得多；挛晶形成需要经过形核和长大；因所需临界切应力较大，形核常发生在应力高度集中的地方，如晶界。体心立方晶格金属中的孪晶一般是长而薄的，铁索体为体心立方结构，孪生面为f1121，孪生方向为《111>，剪变形s为O．707。在高应变速率下更容易产生孪晶，临界剪应力“随着应变速率的增加而增加”3。“形变李晶”通过机械变形而产生的孪晶，也称为“机械孪晶”，它的特征通常呈透镜状或片状。图4-5所示为本试验在先共析铁素体中观察到的变形孪晶，呈现典型的平行薄片状；边缘为透镜片状，有明显的中脊。EDS成分分析表明其为纯铁相构成，见图4-6。 江苏大学硕士学位论文嘲45先JI析铁囊体中的形变孪晶Fig．4-5deformationtwininprocutcctoidfenite幽46挛品的EDS分析结果Fi94-6TheEDSanalysisofthetwin孪晶与晶体的层错能相关。铁素体的层错能较高．般不易形成孪晶。在本试验中在铁索体中观察到孪晶说明激光冲击引起了材料内部较大的能屠与结构的起伏。孪晶的中脊可以用孪晶界柬理解。事品界分为两类，共格孪晶界与非菇格孪品界．如罔45所示共格孪晶界就是挛晶的中脊．两侧晶体以此面为对称面，构成镜面对称关系。在孪晶面上的原子同时位于两个晶体点阵的结点上，为两晶体所共有，自然地完全匹配，使此孪品而成为无畸变的完全共格界面。它的能量较低，以形成稳定的结构。而此挛晶的边缘与基体的界面却不重合，即与基体为非其格界面，它是孪生彤成过程中的运动界面。如果符合能量和结构条件，随非共格孪生面的移动，孪晶得以长大。此外．本试验还发现一个根有趣的现象，即在某些形变孪晶上发现有次生孪晶胚芽，朝f幽47所示，应注意到，凡出现次生李晶胚芽的一次挛品均为贯穿铁索体的李晶。金属材料塑性变形方式0晶体的层错能相关，高层错能晶体以滑移为土．低层错能晶体倾向于孪生，形成孪晶带。铁素体不属低层错能晶体，其孪品的形成可能丰要归结于激光冲击的加载方式。交错状孪品uT以看成是两个体系的孪晶，这可 江苏大学硕士学位论交能是由于品粒沿扣伸方向转动伴随着位错在晶界处的缠结所致。在激光冲击高应变速率下．晶粒转动相对不充分，所引起的变形大部分以晶粒内部诱导的挛晶(srr)进行，局部切变瞬念达到很大数量，晶粒表面n勺浮凸严重““。在激光冲击的高应变速率下，两个体系的孪晶有可能同时形成，所以形成图4—7所示的结果。与文献⋯所提出的结论有类似之处：孪晶可以交互穿越．低应变速率下，先形成初生孪晶，而后出现次生孪晶与前者交错，高应变速率下两个体系的孪晶同时形成。圈48先共析铁索体中的退火孪晶Fig．4-8ⅫcaliDgtwininptoeute‘：toldfcmte挛生萌发于局部戍力高度集中的地方(在多晶体中通常为晶界处)，其临界分切应力远高于滑移变形时的临界分切应力．但是孪晶带在成核后的长大却容易的多，所以孪晶长大速度极快，与冲击波的传播速度相当。已知对称性低、滑移 江苏大学硕士学位论文系少的晶体在受到外力作用时容易发生孪生：多品体中每个品牲变形的基本方式与单晶体相同，但由于十一邻品粒之删取向小同，以及晶界的存在，冈而多晶体的变形既需克服晶界的阻碍，叉要求各品札的变形相互协调与配合，故多晶体的塑性变形较为复杂，晶粒取向对多晶体塑性变形的影响，主要表现在各晶粒变形过程中的相互制约和协调性，正是由于各个品粒的受力情况差异，并不是在每个晶粒内都能观察到相刚的上述情况。综上所述，自口述光镜照片所揭示的先其析铁索体中的条状组织十分复杂，其q|包括位错蚀坑、形变孪晶以发退火孪品等。42激光冲击对奥氏体(Lcc晶格)材料组织的影响421激光冲击对s204奥氏体不锈钢的组织影响蚓4-9所示为经腐蚀后的冲击表面形貌。图49a为高温高压等离子体爆轰后会屈表而形成的有如泥浆状的表面；图4—9b可见舆氏体晶粒在极表面强大颦性变形力作』日下发生交叉滑移后在材料表而留F的交织状网络花样。上述形貌源于材料不同部位奥氏体品粒的位相差异，不致对材料力学性能和表面质量造成显著影响⋯。蝌}9激光冲击烧蚀层腐蚀肝舆氏体表面的微观形貌(a)泥浆状表而(b)盘鸟；状阿络花样Fig4-9Themorphologyofetchedaustcnitcsurfaceattheablativelayer(砷dncdmud—likesurface秭inte,唧eavedpattern图4—10显示了钢板在激光冲击后不同i{{f位品粒或品粒内部的微观形貌，主要变化发牛神·晶粒内部。图4-10a为远离受冲血的形变外侧，ⅡI|璺|可见，此处虽然远离受冲而，宏观变形成为最大，但人部分奥氏体晶粒依然保持了等轴状，陶中局部太晶粒晶界有轻微=盎!形的迹象：罔4-10b为受冲击面I．个奥氏体品粒内 江苏大学硕士学位论文原退火挛晶在受激光冲击后的形貌，由于其处于表面烧蚀层．绛受的爆轰力和内凹方向的压缩应力最大，而且该孪晶的长轴方向与受冲击面的夹角较小，因而可见孪晶层间有受压而挤出的现象，4-10b中左卜角隐约可见奥氏体品粒内的滑移带，说明奥氏体晶粒内部也发生了相应的形变；图4-10c为处于易腐蚀位相的奥氏体晶粒形貌，由图4-10c中的lF三角形蚀坑可推断该面为fcc结构奥氏体的(111)晶面，其上布满交叉滑移带和形变孪晶，说明奥氏体钢板在激光冲击爆轰波的作用下。晶粒内部经历了很大的微观调整，但总体投有能突破晶界强度。图4_10奥氏体钢板在激光冲击后的微观形貌：(a)依然保留等轴状的品粒(b)受冲击面上原堪火孪晶(c)奥氏体(111)晶面上的滑移和形变孪晶Fi94-10MJcroetmcturesoflasershockedaastcnitesuffa∞：(时remainedisc>axialaustenite‘grah％御orighalanuealed押iⅡs(c)ddormedtwinsandinter-sllpson也e(111)planeofaustcnitc围4-11为钢板受激光冲击后奥氏体品粒内部形貌．进一步说明了在激光爆轰能量作用下晶粒内部的变化。图4-11a为奥氏体晶粒三叉晶界处某个处于有利于滑移位相的品粒内部产生的大量滑移线；图4-11b为一个奥氏体晶粒内由于亚晶界存在而发生的不同位向的滑移的立体结构，可看出相互呈60。交叉。这可能是在激光冲击下，由于形变速度极快，不仅不同晶粒的塑性变形不均匀，即使在同一晶粒内，同。晶面上的不同滑移方向由于滑移系取向Hi同，而产生小同程 江苏大学硕士学位论文度的滑移所致。在某一有利的滑移方向上首先丌始滑移变形，由于激光冲击应变率高达107s～，晶粒内部没有足够的时问通过滑移系的转动来协调滑移变形，致使臣滑移方向的滑移变形较大，而另一方向上的滑移变形较小，只隐约可见滑移线。另外，对于层错能低的奥氏体钢米说，冷变形过程中很难形成普通的位错胞结构，而是形成平行的间距大体均匀的位错阵列，平行于(111)滑移面，形成微观状态F明显可见的显微带(MB)”3等。罔4-llc所示为原奥氏体晶粒内的孪品发生滑移的情况。明显可见一#品的长轴与其滑移面旱45。交叉的角度，说明峨孪晶在其长轴方向受到了来自两端的应力，凼而产生滑移，局部还形成了层错。图4—11激光冲击后奥氏体晶粒内部的微观形貌(a)奥氏体晶粒内产生的滑移线(b)舆氏体品牲内不同位向的滑移(c)奥氏体内的孪晶发生滑移和培借Fi94-11ThemIcms”udur龉inlasershockedal】s咖ikgrajIls(a)sliplinesinagrain(b1sliplinesatdifferentdirectioninagrain(c)sliplinesand嘲cHngfaultsinatwingrain根据Hall-Petch公式晶界与强度的关系，从上述分析可以推断材料晶粒度将影响激光冲击的宏观形变效果。这是凶为工程应用的金属材料绝人多数为多晶体，晶界的作j；[|小论在何种材料学现象中均不容忽视。晶粒尺寸越小，晶界在晶体巾所占份数就越太。在余属材料的成分和受力环境条件完全相同的情况下．由 江苏大学硕士学住论文于晶粒细化，即晶界面积增大，导致金属强度增加，形变抗力增加，所以在以冷形变为特点的激光微制造中，晶界将起到阻碍形变的作用，尤其是在超高应变率F．晶界越多，变形抗力越大，此时晶界对形变将产生负效应。由此可见，激光冲击塑性形变与晶粒度和应变速率紧密相关。根据塑性形变理论．当金属在外力作用下产生塑性变形的过程中，除产生宏观形变所需要消耗的能詹外，其余的能量则主要以增加材料内部界面的形式而储存起来，因此舆氏体不锈钢在超高应变率、高能密度的激光冲击后，晶界变形尚未开动，只在材料表层晶粒内部产生了大量的微观结构改变。激光冲击使材料表而的强度得以提高．也可表现出高的残余应力。因此从晶界设计和控制角度出发，晟大限度地发挥品界的有益作用是激光冲击研究的新课题。422激光冲击对304奥氏体不锈钢的组织影响图4—12是奥氏体不锈铜单次冲击的表面微观组织，距表面不问深度的SEM照片，其中4—12a图是冲击区最表面的微观组织，4—12b|墨}是距冲击中心约100pm的冲击区内部的微观组织，412c图是心部的微观组织。圈4—12单次冲击奥氏体铜微观组织：(a)冲击区表面；(b卅击医内部；(c)未冲击区Fi94-12MicmtrIIcmofsinglelasershock。dausteaitcsteelsurfac=e：(a)surfacewithLsP；∞subsurfacewithIsP；(cMrfaccmnoLSP 江苏大学硕士擘住论支如图4一12所示，图4-12a是冲击区的表面形貌，其中可观察到大量的滑移组织形貌。奥氏体不锈钢为面心立方结构，面心立方结构会届主要在原子密排面{i11}晶面上的<110>密排方向滑移，每个{IIiJ面中有三个方向，所以共有12个滑移系。由于表面晶粒受到的激光冲击力较大，沿晶粒内有利滑移方向的分切应力很容易达到，这些晶粒内部滑移相对就比较多；并且可以观察到不同晶粒的滑移程度不同，这可能是在激光冲击条件下，形变速率特别快．多晶体材料内不同位向晶粒的塑性变形程度币一致，即使在同一晶粒内，由于周边约束情况的差别，同一晶粒内的不同滑移系不+定同时开动，从而使某一有利的滑移方向上首先开始滑移变形。由于激光冲击应变率高达1矿s。，晶粒内部没有足够的时间通过滑移系的转动来协调滑移变形，致使该滑移方向的滑移变形较大，而另一方向E的滑移变形较少，只隐约可见滑移线。图4-12b是冲击区内部的形貌，可观察到一奥氏体晶粒内部的滑移情况，明显可见泔移线的变形，这是由于受到周边晶粒的约束，当其塑性变形量超过一定限度后发生的变形情况。其实周边其它的一些晶粒也发生了同样的情况。图4-12c为接近心部的组织，其中没有观察到明显的变形，有滑移线的晶粒大大减少。图4-13是重复冲击试样的不同冲击区的微观组织，可以看出晶粒内部出现多滑移现象。冒4-13重复冲击奥氏体钢嵌面微观组织Fi90-13Mja稍加"Iu∞ofa咄ms峙IsⅡ晰withlaser曲ockof2t．蚰嚣奥氏体钢经激光冲击2次后，晶粒内部产生多滑移现象，当第一次冲击波作用在晶粒上时，处于软取向的晶粒滑移方向上的分切应力较早的达到临界分切应力，滑移系开始滑移：第二次冲击波作用到晶粒上时，处于碗取向的晶粒滑移方向上的分切应力也达到了临界分切应力，次泔移系也开始滑移。两者的滑移必然32 江苏大学硕士学位论文都受到周『十{品粒的约束和限制。但面心立方会属的滑移系比较多．当多个滑移系同时启动时，并个品粒的塑性变形得到很好的协调。由图4-13可见晶界对形变过程有着l妇轻的阻碍作用，各个晶粒内的滑移均终止f其晶界。图4一14是3次激光冲击后位于试样冲击区中心的微观组织。幽5—14冲击3次奥氏体钢微观组织F嘧．4-“M耙瞄劬dumofa埘emtestedsurfacewithLSPofmrectimes如图414所示，冲击次数越多，晶粒应变的可能相对变大，晶粒各滑移系开动的可能性也就越大，滑移沿不同位向的进行。晶粒内部滑移线更加密集．不同位向滑移线相互重叠。综上所述，随着冲击区次数的增加，可能发生塑性变形的晶粒增多，即使同一晶粒，可能开动的滑移系也增加，材料内部的塑性变形程度也随之增加。43激光冲击对TA2钛合金(hc．P．晶格)材料组织的影响(1)激光冲击形变区形变类型对微观形貌的影响钍合金在激光冲击作用发生“约束击穿”现象．这样在材料凹面和凸面形成压缩形变区与拉伸形变区，如图4-15所示。㈣k哗1骀端创4—15撇光冲击TA2钛台金试件中的受力与变形类型Fig．4-15Thcsh'g盛andstraintyp髂inducedinTA2pieeeuponlascrshockm优璐shg电镜观察发现．在经受激光冲击后，形变区的微观结构明显受到变形类型的33 江苏大学硕士学位论文影响。图4-16为激光冲击形变区内不同类型相变区域的微观形貌，左为拉伸变形区，右为压缩变形区。在内凹的压缩区域观察到大量的片状或针状马氏体，而在外凸的拉伸区域，则发现大量贯穿晶粒的条带状、及同位向多条并列的形变挛晶，两边之间存在一应力类型发生改变的过渡带，即承受纯剪切的中心区域，因此处变形量微小，成为无特征区。图4-16激光冲击形变区域不同形变吒的纽织形貌：左为拉伸变形区；右为压缩变形区Fk4-16ThemiaⅫldl¨oftransieat2DlleofTA2sheetlaser-formed：【dttemion女umedatea；RigM：“npⅨs-SUt％sedarea由此可知，檄光冲击造成的微观结构变化主要发生在晶粒内部，也包括相变，但没有观察到晶界变形。因为晶界强度高，形状不规则，此外因为激光冲击的超高应变率缩短了材料的变形时间，试材的变形速度极快，导致塑性变形区内位错运动的发生和发展时间不足，变形抗力增加。一般认为在冷塑性变形时滑移和孪生是晶内变形的主要方式，很少观察到相变。为进行对比，观察了原始试验材料的微观结构。该材料的原始状态为冷轧态，板材在轧制过程中需承受巨大的压延应力，极易产生形变孪晶和应变诱发的马氏体共存。图4-16所示为冷轧TA2工业纯钛板的原始组织，可见原材料晶粒较粗大，少数晶粒间存在贯穿整个晶粒的条状组织，应为在轧制过程中形成的机械孪晶，同时也发现在原材料中存在少量的针状马氏体。有的晶粒中存在的片(针)状组织有次生分支，次生针状组织贯穿晶粒内余下部分，符合钛合金马氏体转变的特征，所以在原材料中挛晶和马氏体是共存和随机分布的。 江苏大学硕士学位论文图4-17钛合金原材料中随机分布的孪晶和马氏体Fig．4-17The押i帖andmartensiterandomlyco-exlstedinthenwsheetoftitaniumalloybeforelasershock图4．18所示为激光冲击试样不同形变区撮外缘的微观结构．进一步揭示了应力类型对上业纯钛板在超商应变率下微观结构演变的影响。由图可见，土要特征非常明显，位于冲击形变的拉伸变形部位，微观结构以形变孪品为主：位于冲击形变的压缩形变部位，则以马氏体为主。图4-18激光冲击后试样不同受力区最外缘的微观结构：(a)位丁拉伸区的李晶形貌：(b)位于压缩区的马氏体形貌F塘4-18Themj口嘣仃L蚓姗rDDrphdo甜inthedifferent畔昨ofstregar龃：(时inthema。ghareaundertensilesn髂s；("bthemaIgma嘲endercompressivestress(2)激光冲击超高应变率诱发的马氏体相变圈4-19为激光冲击处于压缩形变区域的马氏体形貌，具有明显的片(针)状的特征，钛合金中的马氏体片比钢铁中的马氏体细小且不均匀，马氏体的转变也显得不完全，故马氏体针较细小。 江苏大学硕士擘位论文剧4-19激光冲击压应力区域内不同位向的马氏体形貌(a)片状：m针状Fig}19Themartonsikmorphol097inthecompresssh％areawithdifferentorientations(a)plate·‘ypc'Co)acic'uiaroyPe*钛在一个相当宽的温度范围内为密排六方晶体结构，滑移和孪生是其塑性变形时的主要形式。ct-'n的滑移系有a方向滑移系和c+a方向滑移系。文献证实在室温状态时，c+a型滑移系很少开动，一般在到400。C以上时．c4-a型滑移系才丌动。故在室温激光冲击的超高应变率作用下的绝热切变过程中，因不满足滑移系开动的条件C4-a型滑移系不能开动；而且轧制变形后的陇板材．它的绝熟剪切敏感性明显增强。故处于受冲击一面的材料处于高的压应力状态，有利于促使材料在内部以形成新帽的方式来平衡外部能量。钛合金中马氏体在形成时均伴随沿着某一晶体学平面的均匀切变，而且钛中马氏体一相与q相仅是点阵常数略有不同(“相：a=0．293m，c／a=1．596；a相：a=0295nm，c／a；1587)，易使处在有利于切变位胃的晶粒中产生马氏体相变，从而使塑性变形得以进行，故在处于压应力的一侧，当晶体的位向适应时．形变产生的微观结构以马氏体为主，这类似于钢中的马氏体相变诱发塑性，通过这种切变以平衡部分激光冲击产生的应力。这同时说明．TA2工业纯铁板在激光冲击的超高应变率作用下，由于其多晶特性，晶粒大小不均匀、晶粒位相不同，同一晶粒各部分所受周边环境的制约也不同，这使得各个晶粒和晶粒各部分的变形量、发展方向和相变量均不同．因此总的来说，多晶材料在超高应变率作用下的微观变形是不均匀的，故有大小不～的马氏体。此外．高应力状态下马氏体相变从本质L说，可以分为应力诱发马氏体和成变诱发马氏体两种情况。按马氏体形成前母相是否屈服为划分标准，若母相经屈服而形成马氏体为应变诱发马氏体。可见．除应力类型外，对室温*状态钛台金这种相变驱动力较小的材料。又在激 江苏大学硕士学位论文光冲击力明显大于其屈服强度时，应届于应变诱发马氏体，这与水静压抑制Fo-C系的钢中体积膨胀型的马氏体相变有所不同。(3)激光冲击超高应变率激发的形变孪晶图4—20为激光冲击试样中位于拉应力区的孪晶形貌。如前所述，激光冲击将使六方结构纯钛中的拉应力部位观察到大量的形变孪晶。形变孪品的数量和密度随距表面深度的增加而减少．这是由钛板弯曲变形时的应力分布特征和形变量共同作用产生的结果。因此，原始组织靠近应力过渡区的等轴晶粒中仅有少量形变孪晶出现．而在表面可以清楚地观察到形变孪晶，且形变挛晶的形态和密度又往往与特定位相的晶粒有关，在晶粒内以相同位向比邻出现为多，形变孪晶终止于晶界，如图4-20a所示。大量形变孪晶的出现导致晶粒的分割，形成大量的亚结构区，故李牛变形时牛成的挛晶界实际上还起到了细化晶粒的作用。图4-20为激光冲击试样中何十拉应力部位的孪晶形貌；(a)位于试样边缘；(b)位于试样表面以下FigA-2ffrn,twin'smorphologyinthettmsioa-stressedareawithdifferentorientations(a)atthemargin；秭subsurface塑性变形理论认为产生孪生变形的临界切应力远远高于产生滑移变形时的切应力，一般孪生变形时先是以极快的速度突然爆发薄片孪晶．即先形核．然后孪晶界面扩展开来使挛晶增宽，孪生形核所需要的应力远高于扩展所需要的应力。高应变速率、低『爿J隙元素含量以及相大晶粒均对多晶工业纯钛中孪晶的形成有利。而本试验中的激光冲击不在一个固定区域提供连续加载，敲在激光冲击产生的GPa级超高能量和107s。1超高应变率的情况下，一旦达到或超过钛合金孪生所需要的应力，孪晶的多处形核与其宽度的达到将同步实现，在微观形貌上表现为光斑作用范围内某些晶粒内成排的李晶．如图4-20(b)所示，而在约柬较小 江苏大学硕士学位论文的边界晶粒中，孪晶更易呈薄片状排列。这也说明超高应变率诱发的孪生能导致大量形变孪晶形成，它是一个突变过程，晶体的移动量比滑移的移动量要小，它仅使晶粒内部一部分晶体笈生了均匀切变，所以李晶能成排产生。凼此，在高应变率激光冲击应力作用下，TA2钛合金的塑性变形首先通过孪生系统的开动以补充滑移系统的不足，与压应力下的微观结构相比，在相同的应变速率下，拉应力侧的形变量大于压应力侧，微观结构中就出现丈量的形变李晶。孪生对塑性变形的贡献是补充了六方金属独立滑移系统的不足(Von蛐s鼯准则)，孪生本身所能提供的塑性变形量通常较小，但是它通过改变晶体位向，激发新的滑移或孪生变形系统的开动，使金属或合会的塑性变形得以持续进行。(4)激光冲击超高应变率下的晶体滑移塑性变形理论认为只有当滑移过程极其困难时，才出现孪生。孪生产生于局部应力高度集中的地方，在多晶体中则通常为边界，当外力在孪晶面和孪生方向所引起的剪切应力达到某临界值时产生孪生变形后，由于变形部分位向改变，可能变得有利于滑移，晶体又开始滑移，从而二者将交粹进行。但在密排六方金属中，尽管滑移系少，理论计算也表明密排六方金属孪晶变形对整个变形量的总贡献不大，在总体变形中还是滑移占主导地位。图4-21所示为以超高能量和超高应变率为特征的激光冲击下，在形变量最大、与孪晶变形共存的拉应力区域经深度腐蚀后观察到的钛板晶粒内的滑移群形貌。豳4-21位于冲击变形拉应力边缘表面的连续滑移群№4-21TheeontlnueAslipdomainatthemargm岫拈rtension蚰璐s图示表明，在常温下进行激光冲击，钛仍具有良好的塑性。这是因为除4个a型滑移系全部开动外，钛可以以萌生孪晶来协调变形。因而，工业纯钛板在塑性变形过程中孪生与滑移相互配合、相互补充的两种方式在激光冲击中表现得更 江苏大举硕士学位论支为突出。住室温状态，孪生奉是占据优势的。但孪品与滑移币l司，它没有明显的临界分切应力，为了使孪晶成核，需要较高的外力，此点可说明激光冲击超高的集中能量能方便地使多晶钛合余中形成大量孪品。lI|f孪生足hcp金属晶体在切应力作用F的塑性变形方式之，在多晶情况下，处F切应力位相的品粒uT能更加易于发生孪品切变，虽然hcp晶体所能提供的形变量较小，本试验也观察到了这一点，这种切变调整了滑移面的方向，有利于新的滑移系丌动，图4-22所示为依傍挛晶界发展起柬的一批滑移台阶，以这样的方式来平衡冲击应力。故试验观察到的连续平行滑移现象实际上就是钛合金形变与强激光冲击波超高应变率相适应的表现。藤图}22丁业纯钍板激光冲击拉麻力区内缘依傍孪晶的滑移群Fig．4-22"[kslipdomaincon删Ⅱgto恤etwininducedHteasilcshe锚uponinsetshocking这是因为当孪晶变形之后，原先处于不利于滑移的那郝分晶体取向改变了，使滑穆得以继续进行。所以，孪晶变形的一个重要作用就是在滑移变形中它能协助政变晶体位向促进滑移。这与在钢中已经发现和利用的孪晶诱发塑性(twip)有某种相似之处。44本章小结1)金属塑性变形时会产生大量微结构，以保持能量与结构的一致性，这些微结构本质卜都是由于位错的增殖和运动产生。在不同晶格材料中，位错本身数量不同与位错产生和运动的难易程度不同造成了材料在激光冲击下微结构的差异。退火态45钢中本身位错数量较少，这一定程度上造成了在冲击产生的微结构在数量上都相比奥氏体不锈钢和TA2钛合金要少。2)激光冲击与普通情况下塑性变形下最大不同在于应变率较高达到107s1， 江苏大学硕士学位论文如此高的应变率需要材料塑性变形时来不及做长距离的应变协调，这就需要在同一晶粒内产生不同微结构来相互协调。体心立方晶格材料虽然滑移系较多，但密排滑移方向只有<111>方向，滑移方向较为单一，所以铁素体在激光冲击下更多通过孪晶和位错增殖来进行；面心立方晶格不但滑移系多，滑移方向也较多，所以可以只通过滑移来协调不同方向的应变；钛合金的密排立方晶格滑移与孪晶方向都集中{0001)面上，造成滑移和孪晶方向在空间上分布的不平衡，所以在钛合金中出现了马氏体相变来协调空问上不同方向的应变。另一方面，普通金属材料都是由多晶粒组成的，多晶材料在塑性变形时各个晶粒就会由于晶向不同和相互作用从而产生不同的微结构。3)退火45钢铁素体组织在激光冲击下产生许多条状组织，这些条状组织包括位错蚀坑和形变孪晶。4)奥氏体不锈钢在激光冲击下主要组织变化为滑移，但也出现少量孪晶组织。5)密排六方结构的钛合金板在激光强化作用下发生“约束击穿”，从而在材料两面产生压缩变形区和拉伸变形区。在压缩变形部位，微观组织以应变诱发马氏体为主；在拉伸变形部位，以形变孪晶带为主。 江苏大学硕士学位论文第五章残余应力与硬度测量结果及分析在应变屏蔽情况下，激光冲击处理是以强化材料表面为目的，材料在强化后，在材料表面产生一定的应变强化．并在表面形成残余压应力。所以本实验咀b‘．c晶格材料和f．c．a晶格材料来进行了激光冲击表面强化和残余应力分析。51激光冲击处理材料硬度分析用HV$一1000型数字显微硬度计测量了激光冲击后45钢和奥氏体不锈钢测试的显微维氏硬度，载荷为049N，保压时间为20s，测试方法为在冲击区．从表面向式样内部逐渐深入测量，如图5-1所示。图5-1显微硬度测试示意图Figj-1thesknchofmeas㈣tof也emicrobard到ie惭1·毫1“{．‘图52激光冲击后铁素体截面显微硬度Fig‘5-2thcf．cctionmlcrc．-haIdofferdte材料经过激光冲击强化处理后，由于材料发生了塑性变形，在材料表面产生一定深度的硬化层，而硬度的变化直接影响材料的力学性能。图5．2为45钢铁少 江苏大学硕士学位论文素体经过激光冲击后深度方向上硬度变化曲线，由图可以看出其硬度随着距离表面的距离增大而变化，硬度会在距离表面的某一距离处出现最大值，这与前面观察组织时出现孪晶部位相一致，其中测量出铁素体的硬度最大增幅34％。340皇锄划群枷每锄蹦啦2∞鼎2400．0他0．40．80．11砸表面距高／m图5．3单点冲击试样截面显微硬度Fig．5·3Micro-hardnessdistributionofshockedzoneofausteniticsteelindepth由上图5．3可看出，随着距冲击区表面距离的增加，硬度逐渐降低，冲击区硬度最大值为HVo．2340，与基体硬度相比提高了36％，硬度大小的分布在深度上与冲击区表面塑性变形程度相一致。可以看出，冲击区硬度的提高与冲击区材料的微观组织的演变有关，这是因为塑性变形越大的区域，其滑移线密度也越高，硬度则就越高。因此，可以知道激光对材料进行冲击之后增大了材料表层的硬度。材料经过激光冲击强化处理后，由于材料发生了塑性变形，因此导致材料表面硬度发生了不同程度的变化，而材料硬度的变化直接影响材料的力学性能。5．2激光冲击处理材料残余应力测试分析5．2．1残余应力本质构件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用于影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力。残余应力是当物体没有外部因素作用时，在物体内部保持平衡而存在的应力。凡是没有外部作用，物体内部保持自相平衡的应力，称为物体的固有应力，或称为初应42 江苏大学硕士学位论文力，亦称为内应力。残余应力是一种固有应力。残余应力的存在状态是随材料性能、产生条件等的不同而异，分类的方法也不一致。若按残余应力作用的范围来分，则可分为宏观残余应力与微观残余应力等两大类。宏观残余应力，又称第一残余应力，它是在宏观范围内分布的，它的大小、方向和性质等可用通常的物理的或机械的方法进行测量。微观残余应力属于显微事业范围内的应力。依其作用的范围，游客细分为两类：即微观结构应力，或称第二类残余应力，它是在晶粒范围内分布的；晶内亚结构应力，又称为第三类残余应力，它是在一个晶粒内部作用的。宏观残余应力主要是主要塑性变形不均匀引起的。5．2．2残余应力测试结果及分析激光冲击金属工件表面能够提高工件疲劳寿命的根本原因是由于激光冲击产生的冲击波使工件材料表面发生了弹塑性变形，从而在材料表层产生了残余压应力，表面残余压应力状态对材料的抗疲劳强度的提高有着显著的影响瞰1。残余压应力相当于负的平均残余应力，它能够提高工件的抗疲劳强度：残余拉应力相当于正平均应力，它降低了工件的抗疲劳强度畸5’弱J。冲击强化引入的残余压应力与零件承受的交变应力中的拉应力在同一截面叠加后，不仅能降低交变载荷中拉应力水平，而且能使零件承受的最大拉应力由表面移至次表面陆7J。处于这种应力状态下的零件，其疲劳裂纹源不再萌生于表面，而是萌生于内层的次表面：当交变应力幅值小于残余压应力时，使零件表面处于压应力状态，在交变应力水平低于材料的疲劳强度极限的条件下，零件所处的这种应力状态将阻碍零件表面疲劳裂纹源的萌生，延长疲劳裂纹源的萌生期，提高零件的疲劳寿命。当零件表面上已存在某种缺陷或微裂纹时，在交变载荷作用下，这种缺陷和微裂纹有可能成为裂纹源，但只有外加交变载荷中最大拉应力在裂纹尖端引起的应力强度幅值达到材料本身的界限应力强度幅值时，裂纹才开始扩散。当喷丸强化引入的残余压应力深度超过裂纹深度时，残余压应力具有降低外加交变应力的平均值的作用，使零件实际承受的应力强度幅值减小，从而减缓裂纹的扩展速率，这就是残余压应力在提高有微裂纹材料的疲劳强度中所起的作用。43 江苏大学硕士学位论文娟一皇、枷R氆舷塌镬删．5_．_a_2·1012345距冲击区中心距膏／．-图5—4激光冲击退火态45钢表面残余应力分布图Fig．5-4theresidualcompressivestresscurveoilthesurfaceof45steel45钢是优质碳素结构钢(GB／T699．1999)，抗拉强度、屈服强度、伸长率、收缩率分别是600MPa、355MPa、16％和40％，冲击吸收功39J，抗剪强度为346．41MPa。如上图54所示，在8mm内的冲击区内残余应力都比较高最小值在．398MPa，最大值在一431MPa，最大残余压应力大于材料的屈服强度，这表明激光冲击在材料表面产生的组织塑性变形增加了材料的屈服强度。激光光斑直径8mm，由图5—4可以看出由铝箔作吸收层的激光冲击处理可以在表面产生比较均匀的残余应力分布。冲击中心区应力呈W型分布，在中心有一低值，最高值出现在中心两侧，这种现象在郭琴的铁镍合金激光冲击处理表面强化效应研究旧1一文中也有所见，所以出现这种现象并不能严格说是一种偶然现象。杨建风等陋71在《激光冲击强化区的残余应力测试分析》一文中表述为：在光斑周长上产生的表面波会沿径向中心传播，并在光斑中心聚合，产生一个巨大的脉冲，这个脉冲将会消除光斑中心点附近的残余应力，从而导致光斑中心的残余压应力偏小。震{琏。妊薯(。200·●-4·2O24●矩冲击g中心庳膏／am图5-5激光冲击304不锈钢表面残余应力分布图Fig．5—5theresidualcompressivestressCUlN,eonthesurfaceof304austenitesteel44 江苏大学硕士学位论丈由上图5—5可以观察出304不锈钢残余压应力区小于激光光斑区域，这应该由于材料发生较多的滑移在中心区产生大量滑移从而吸收了激光冲击能量。最大残余压应力为-419MPa。5．3本章小结1)45钢和304奥氏体不锈钢在激光冲击作用下残余应力分布状况及冲击在材料表面产生的硬化现象。在激光冲击后，材料表层硬度有了明显增加：45钢材料中铁素体硬度增幅达到34％；奥氏体不锈钢硬度增加36％。2)45钢材料残余压应力区域大于激光光斑直径，最大残余压应力并不是在中心，残余压应力在光斑直径内由中心向边缘逐渐减小，超出此区域残余压应力迅速减小；奥氏体钢材料在未超出光斑区域就出现拉应力，奥氏体具有面心立方结构，具有优良的塑性，在冲击载荷下容易发生屈服变形，这使得激光冲击奥氏体不锈钢产生强烈的边缘拉应力效应，这是造成奥氏体不锈钢在光斑直径内出现残余拉应力的一个原因。45 江苏大学硕士学位论文第六章激光冲击在提高LY2铝合金疲劳性能上的验证试验6．1疲劳试验结果将经激光冲击强化处理后的试样和未经处理的试样进行同样条件下的疲劳实验，实验结果如表6-1所示，其中14为未经激光冲击处理的试样，L1．IA为激光冲击后的试样。从表中可以看出，经激光冲击强化处理的试样较未经激光强化处理的试样的疲劳寿命有大幅提高，安全寿命从10312周次提高到21878周次。表6-1疲劳试验结果Table6-1TheresultsofthefatiguetestofLY26．2表面残余应力经激光冲击强化后，试样表面残余应力分布情况如图6-1所示。可以看到，残余压应力提高了70—130Mpa。残余压应力的存在可以抑制材料疲劳裂纹的萌生以及减缓裂纹扩展速率，提高材料的疲劳寿命。Distancefromcenter|rain图6-1强化后表面残余应力的分布Fig．6—1Distributionofresidualstressafterstrengthening46 江苏大擘硕士学位论文63表面硬度LY2航空铝合会基体的硬度值为135HV左右，强化后表面硬化层硬度平均提高10HV(图6-2)，使材料的表面抗击打能力得到较大提高。硬度随深度的增加逐渐减少，硬化层深度约为1．5mm，为普通喷丸强化的2～5倍。经激光冲击强化后表面硬度的提高以及较深的硬化层说明激光冲击强化可以局部地提高材料的强度和硬度。Depthfromsafface／】1l_Il图6-2LY2强化后表断硬度沿深度方向的分布Fig6-2LY2distributionofhardnessalongdepthdirectionafterstrengthening64微观组织结构观察下图6-3a和6-3b分别为经激光冲击强化处理和未强化处理的表面形貌。可以看到．经激光冲击强化处理的试样表面有明显的形变凹坑。同时还可以看到一些分散的局部疏松。激光冲击强化处理和未经处理的试样微观组织变化并不明显。u10_mu10Ⅱ⋯幽6．3LY2试样表面(a)激光冲击处理后试样表面；(b)未经处理表面F噜岳3SurfaceoftheLY2船mples：(a)samplewithLSP：(b)samplewithoutLSP两个LY2铝台会试样的微观组织都可以看到两种不同的形貌：颜色较深的47圭=∞u与≈= 江苏大学硕士学住论文区域(较耐腐蚀的组织)和颜色较浅的“湖泊”状区域(易腐蚀组织)。同时可以看到，大量的沿晶界析出物。可见较明显的晶粒沿轧制方向排列，以及轻微的铸态组织痕迹，晶粒大小不是很均匀。65疲劳断口分析采用扫描电子显微镜观察了LY2铝合金不同阶段的断口形貌，如F图6-4所示。从图中可以看到，疲劳断口主要由疲劳源、疲劳区和瞬断区三个典型区域组成。未冲击试样有明显的疲劳源，由第■阶段裂纹扩展方向反向柬找疲劳源，冲击试样疲劳源旱长条状分布在试样末冲击面边缘，在靠近冲击面的地方裂纹源较窄，冲击试样疲劳源也较朱冲击试样的疲劳源平坦。在两个试样的表面都只观察到个疲劳裂纹源，其形成位置与试样表血加工状态和微观缺陷以及衷面耕太第’相有密切的关系。由图观察，强化试样与末强化试样的疲劳扩展区域面积大小基奉相I刮，扩堤方向也一致，图6-4c和6qd分别为阿试样的疲劳源区的放大图。可以看到，两试样的疲劳源的位置略有差异。图6—4d为未经激光冲击的试样。疲劳源位于试样的尖角处，由于这里应力集中从而引发疲劳裂纹。而图6-4a为经激光冲击强化处理的试样，町以看到．疲劳源与试样表面有段距离，这段相当丁强化层深度。因为经激光冲击强化后试样表画产生了残余雎应力。残余压应力显著提高试样的疲劳强度，是凼为残余压应力可在尖角处集中，有效地降低尖角出的拉应力峰值“⋯。倒时．表面残余压应力使表面层总应力降低，致使表层的总应力低t强化层的疲劳极限，凼而裂纹源移向强化层以内。 江苏大学硕士学位论文图甜疲劳断口形貌(a)撤光冲击区疲劳源形貌：(b)未受冲击疲劳源形貌：(c)为(a)的放大圈；(d)为(c)的放大国№6-4Fatiguefracturesurfac．moftheallo“a)fatiguecrackSOllrCA$withLSP；(b)fatiguecracksouro：withoutLSP；(c)isthemagnifiedofFig(a)；(d)isthemagnifiedofFig彻裂纹从源区位置以扇形状放射性扩展，在循环载荷作用下，裂纹继续扩展进入第二阶段疲劳区。此时．断口卜出现疲劳韧性条带，在韧性条带区的边边缘也出现了脆性断裂特征，这是由于此铝合金组织在晶界存在大量强化析出相。疲劳条带基本上垂直于裂纹扩展方向，沿一定的角度发生偏转删，如图66所示。从图中可以看到，疲劳条带相互平行且具有规则间距，其中条带的宽度与裂纹扩展速率有关，同时还可以看到二次裂纹(图6-5)。图6-5疲劳断口Fig．6-SFatiguefracturesurfacesoftheaU0y裂纹扩展区主要呈现疲劳条带特征，由下图6-6可以看出，经激光冲击强化的铝合金试样裂纹扩展速率要比未经激光冲击强化处理的试样的要慢且疲劳条带间距要小。 江苏大学硕士学住论文圈卯瞬断吒(a)冲击试样：(b)未受冲击试样：Fig6-7InstantaneouslyfractuIeam(a)samplewithLSP；fb)samplewithoutLSP66本章小结疲劳实验得出：激光冲击提高了LY2硬铝台金低周疲劳寿命。激光冲击在LY2硬铝台金表面形成残余压应力，并提高了材料表面硬度，强化了材料。断口分析表明：激光冲击产生的表层压应力降低了应力在尖角的集中，使疲劳源向次表层转移，从而减缓疲劳源萌生速度，并且压应力可减缓疲劳裂纹的扩展速率。 江苏大学硕士学位论文结论本文通过对三种常见晶格类型材料进行激光冲击来研究金属材料在激光冲击作用的组织响应，并对激光冲击在材料表面形成的残余应力和硬化层进行了测量和分析，还选择面心立方结构的LY2铝合金进行了疲劳试验来研究激光冲击在提高材料疲劳性能方面的影响。通过对实验结果的分析和讨论，得到的实验结论如下：1、金属材料在激光冲击处理中由于约束条件不同以及材料本身特性，出现应变屏蔽和约束击穿两种基本情况。应变屏蔽下材料不发生宏观变形，激光能量主要用于材料内部组织变化，强化材料表面并形成较明显残余压应力；约束击穿情况下，激光能量主要消耗于材料的宏观变形。b．C．c．晶格类型材料和f．c．c．晶格类型材料在激光冲击条件下发生了“应变屏蔽”，材料外形尺寸并未发生明显变化。由于TA2钛合金板件只有0．9mm厚度，在激光冲击作用下产生了“约束击穿"。2、b．C．c晶格结构的45钢先共析铁素体内在表面100Iun下出现条状组织，深度达到3001ma以上，分析认为条状组织区域产生位错和形变孪晶，形变孪晶呈现薄透镜片状和交互状。3、f．c．C．晶格结构的$204奥体不锈钢和304奥氏体不锈钢由于成分不同，在激光冲击作用响应稍有不同：(1)$204锰奥氏体不锈钢钢在强烈的激光冲击波的爆轰力作用下奥氏体晶粒仍保留原等轴状，在微观形貌上，可观察到滑移、机械孪晶和层错现象。(2)304奥氏体不锈钢在激光冲击作用下产生大量滑移，并随着冲击次数的增加滑移线密度增加，并出现多滑移。4、h．c．P．结构的钛合金板在激光强化作用下发生“约束击穿”，从而在材料冲击部位以中心线为界产生压缩变形区和拉伸变形区。在压缩变形部位，微观组织以应变诱发马氏体为主；在拉伸变形部位，以形变孪晶带为主，激光冲击的超高能密和超高应变率可使hcp多晶金属晶体爆发大量薄片孪晶，从而调整晶粒内部的晶体取向，诱发滑移系开动，使形变得以进行。51 江苏大学硕士学位论文5、金属材料在激光冲击后表层硬度有了明显增加：铁素体硬度增幅达到34％；奥氏体不锈钢硬度增加36％。6、45钢材料残余压应力区域大于激光光斑直径，最大残余压应力并不是在中心，残余压应力在光斑直径内由中心向边缘逐渐减小，超出此区域残余压应力迅速减小；奥氏体钢材料在未超出光斑区域就出现拉应力，面心立方结构奥氏体，具有优良的塑性，在冲击载荷下容易发生屈服变形，这使得激光冲击奥氏体不锈钢产生强烈的边缘拉应力效应，这是造成奥氏体不锈钢在光斑边缘出现残余拉应力的一个原因。7、疲劳验证试验结果表明：激光冲击可明显提高LY2铝合金低周疲劳安全寿命。激光冲击产生的表层残余压应力降低了应力在尖角处的集中，使疲劳源向次表层转移，从而减缓疲劳源萌生速度，并且残余压应力可减缓疲劳裂纹的扩展速率。52 江苏大学硕士学位论文参考文献邹世坤．激光冲击处理技术的最新进展『J1．新技术新工艺，2005(4)：4舢46SrinivasanS．，GarciaD．B．，GeaIlM．C．，MurthyH．，FarrisT．N．．FrettingfatigueoflasershockpeenedTi一锄4V【J】．TribologyInternational，2009，42(9)：1324-1329AmarchintaH．K，Grandhi，R．V，l_angerK，StargelD⋯SMaterialmodelvalidationforlasershockpeeningprocesssimulation．ModellingandSimulationinMaterialsScienceandEngineering，2009，17(1)：015010—1—14Pomeala,Cristian，Willis，David八Time—resolveddynamicsofnanosecondlaser-inducedphaseexplosion[J]．JournalofPhysicsD：AppliedPhysics，2009，42(15)：155503-1—9Colvin，JeffreyD．，Minich，RogerW：，Kalantar,DanielH．AmodelforplasticitykineticsanditsroleinsimulatingthedynamicbehaviorofFeathighstrainrates[J]．InternationalJournalofPlasticity,2009，25(4)：603—611Wittenberg，JoshuaS．，Merl【le，MaxwellG，Alivisatos，八Paul．Wurtzitetorocksaltphasetransformationofcadmiumselenidenanocrystalsvialaser-inducedshockwaves：Transitionfromsingletomultiplenucleation[J】．PhysicalReviewLetters，2009，103(12)：125701-1-13Vukelic，Siniga，Kysar,JeffreyW．，LawrenceYaoY．Grainboundaryresponseofaluminumbicrystalundermicroscalelasershockpeening[J]．InternationalJoumalofSolidsandStructures，2009，46(18-19)：3323-3335ChertHongqiang，WangYouneng，KysarJeffreyW：，YaoYLawrence．Studyofanisotropiccharacterinducedbymicroscalelasershockpeeningonasinglecrystalaluminum[J]．JournalofAppliedPhysics，2007，101(2)：024904-1-8WenwuZhang，YLawrenceYao．MicroscaleLaserShockProcessin哥-Modeling，Testing，andMicrostructureCharacterization四．JournalofManufaOmingProcesses,2001，3(2)：128—143HongqiangChert，YLawrenceYao，JeffreyW：Kysar,I．CevNoyan，YounengWang．FourieranalysisofX-mymicro—diffractionprofdestocharacterizelasershockpeenedmetals[J]．InternationalJournalofSolidsandStructures，2005，42(11—12)：3471—3485张永康．激光冲击强化效果的直观判别与控制方法研究四．中国激光，1997，√屹似5)：467471张永康，张淑仪，余承业等．激光冲击参数优化及激光光路系统配置研究[J1．自然科学进展，1997，7(5)：550—555张永康主编．激光加T技术『M1．北京：化学工业出版社，2004YangChaojun，ZhangYongkang,ZhouJianzhong，ZhangFang，FengAixin．Lasershockwaveanditsapplications【A】．3rdImemationalSymposiumonAdvancedOpticalManufacturingandTestingTechnologies：AdvancedOpticalManufacturingTechnologies,2007，6722：67221XZhangYK，LaJ．Z．，RenX．D．，YaoH．B．，YaoH⋯XEffectoflasershockprocessingonthemechanicalpropertiesandfatiguelivesoftheturbojetenginebladesmanufacturedbyLY2aluminumalloy．MaterialsandDesign，2009，30(5)：1697·1703RenX．D．，ZhangY．IC，LiY．H．，ChengW：，ZhuangM．．Mechanisminfluence011fatiguecharactersofaerialenginebladebylasershockprocessing【A】．PrecisionSurfaceFinishingandDeburringTechnology·9thInternationalSymposiumonPrecisionSurfaceFinishing53，，，川q刁习卅鄙qnp陋p降p口叫 江苏大学硕士学位论文【171【18】【19】【20][32】【33】【34】【35】【36】[37】【38】andDeburringTechnology,2007，6724：67241FHuaY．Q．，ZhangYK，YangJ．C．，ChenR．E，YeY．X．．StudyonImprovingWearabilityofDuctileIronQT800—2byLaserCompoundTreatments川．KeyEngineeringMaterials，2004，258—259：374．377郭乃国．激光冲击处理40Cr钢及其残余应力场数值模拟『M1．江苏人学硕士学位论文，2007ZhouJ．Z．，LiuH．X．，YangC．J．，CaoX．G，DuJ．J．，NiM．X⋯Non-traditionalformingprocessofsheetmetalbasedonlasershockwaves【J】．KeyEngineeringMaterials，2007，329：637．642YangJ．C．，ZhouJ．Z．，ZhangY．K，Y'mS．M．，FengAX．，ZuoD．w．．Ultra-speedplasticdeformationofTC6sheetinducedbylasershockloading【J】．KeyEngineeringMaterials，2006．315—316：612-616花银群．金属材料的激光复合强化机理研究『M1．江苏大学，2003，6孙承伟，卫玉章，周之奎著．应用爆轰物理【M1．北京；国防工业出版社，2000AH．Clauef’B．PFairand．B．A．Wilcox．Lasershockhardeningofweldzonesinaluminumalloys[J]．MetallurgicalTransactions，1977，8(12)：1871-1877S．C．Fbr正B．PFakandeta1．Investigationoflasershockprocessing．TechnicalReportAFWAL-TR-AirWrightAeronauticalLaboratories(UnitedStates)，1980，2八w．Warren，Y．B．Guo，S．C．Chen．Massiveparallellasershockpeening：Simulation，analysisandvalidation[J]．InternationalJournalofFatigue，2008，30(1)：188—197R．Fabbro，J．Foumiereta1．Physicalstudyoflaser-producedplasmaineonf'med川．GeomertryJournalofAppliedPhysics，1990，68(2)：775-784XinHong,ShengboWang，DahaoGuo，HongxingWu，JieWang，YushengDai，XiaopingXiaandYanningXie．Confmingmediumandabsorptiveoverlay：Theireffectsonalaser-inducedshockwave阴．0pticsandLasersinEngineering，1998，29(6)：447-455Jean-EricMasse，GerardBarreau．Lasergenerationofstresswavesinmetal【J】．SurfaceandCoatingTechnology,1995，70(2)：231—234DGREVEY,LMaifFredy,A．B．Vannes．LasershockonaTRIPalloy：meehanicalandmetallurgicalconsequences[J】．JoumalofMaterialsScience，1992，27(8)：2110-2116肖爱民．激光冲击强化约束层选择的研究『M1．江苏大学硕士学位论文，2001，5ArviKruusing．Underwaterandwater-assistedlaserprocessing：Part1呻neralfeatures，steamcleaningandshockprocessing【J】．OpticsandLasersinEngineering，2004，41(2)：307-327刘世伟，郭大浩，_干声波等．实验参数对激光冲击强化的影响fJl．中国激光，2000,A27(10)：938-940段志勇，王声波，吴鸿兴，等．约束层材料及靶材表面特征对激光冲击波的影响fJl．激光杂志，2000，21(劲：19．21马壮，李虑红，张永康，等．激光冲击处理对304不锈钢力学性能的影响fJl．材料热处理学报，2007，28(3)：102．105唐通鸣，张永康．激光冲击诱导应力波的机理初探『J1．南通工学院学报，1999，15(1)：26．31】袁钢．强激光作用卜‘金属材料在等离子体点燃阅值附近力学效应研究【M1．中国科学技术人学，1988J．EHirth，eta1．TheoryofDislocations．NewYorkjohnWiley&Sons，INC．，1982，791Y'dbasB．S．，ArifA．EM．，ShujaS．Z．，GondalMA，ShirokofJ。InvestigationIntoLa$er1J1】殂砣乃拼笱撕w．r●Lr■Lr●Lr■Lr●L踟观川Up口p 江苏大学硕士学位论文ShockProcessing川．JournalofMaterialsEngineeringandPerformance，2004，13(1)：47．54【39】花银群，陈瑞芳，路淼，等．激光冲击强化处理40Cr钢的实验研究【J】．中国激光，2004，31(4)：495-498【40】李晓轩，孙锡军，王华明，等．奥氏体不锈钢1Crl8Ni9Ti激光冲击强化研究川．宇航材料工艺，1999(∞：16—19【41】ChuJinnEMicrostructureandmechanicalpropeniesoflasershockediron-basedalloys．AnnArbor,Mich．：U1VII，1992：88-173【42】邹世坤，谭永生，郭大浩，王声波，吴鸿兴．激光冲击处理对铝锂合金力学性能的影响【J】．中国激光．2004，31(6)：371．373【43】杨建风，周建忠，冯爱新．激光冲击强化区的残余应力测试分析fJl．应力激光，2006，26(3)：157-159【44]PatrickJ．Golden，MichaelJ．,Shepard．Lifepredictionoffrettingfatiguewithadvancedsurfacetreatments．Materials[J]．ScienceandEngineering：A,2006，468-470：15-22【45】KingA，SteuwerA．，WoodwardC．，WithersP．J．．Effectsoffatigueandfrettingonresidualstressesintroducedbylasershockpeening[J]．MaterialsScienceandEngineeringA2006．435-436(5)：12—18【46】PeyreP，FabbroP，MerrienEetal．Lasershockprocessingofaluminumalloysapplicationtohighcyclefatiguebehaviour[J]．MaterSciEng，1996,A210：102·113【471WielageHanna,VollertsenFrank。Investigationsofformingbehaviorinlasershockforming川．SteelResearchInternational，2009，80(5)：323—310【48】顾永玉，张兴权，史建国，等．激光冲击成形对表面光洁度的影响【J】．激光技术，2007，3l(6)：653—655【49】刘玉亮，熊大英．40Cr钢表面塑性变形后微观结构的观察【J】．电子显微学报，2008，增刊：80【50】Ansell．GAandLenel．EV．【J】．ActaMetall．，1960，83：612【51】梁高飞，王成全，刘俊亮，于艳，方园．TWIP钢应变诱导孪晶原位观察川．宝钢技术，2007(6)"26—30【52]Lidal【，HiroseYinNakonieczny．TheResidualStressDistrm'butioninShotPeenedCarburizedSteelunderFatigueIA]．Proc．7thInt．Conf．onShotPeening，WarsawPoland,1999：96【53】方晓英，王卫国，周邦新．金属材料晶界特征分布(GBCD)优化研究进展【J】．稀有金属材料上程，2007，36(8)：1500．1504【54]何肇基．金属的力学性能口咽．北京：冶金工业出版社，1982：84【55】刘锁．金属材料的疲劳性能与喷丸强化T艺fMl．北京：国防1=业出版社【56】郭大浩，张永康，吴鸿兴，等．激光冲击强化机理研究m．中国科学，1999(3)：222—226【57】逯丹，刘铸，王春光．喷丸强化原理与表层材料性能fJ】．中国高新技术企业，2008,14：104[581郭琴．铁镍合金激光冲击处理表面强化效应研究口川．江苏大学硕士学位论文，2006,6【59】束德林．工程材料力学性能[M】．第2版，北京：机械T业出版社，2007【60】孙晓旭，郑子樵，陈圆圆，等．含ZrAl·Cu—Mg合金的微观组织与疲劳行为【J】．中国有色金属学报，2009，19(1)：50．55【61】杜凤山，闫亮，戴圣龙，等．高强铝合金疲劳特性研究fJl．航空材料学报，2009，29(1)：96．10055 江苏大学硕士学位论文致谢本研究是在国家自然科学基金(50735001)和江苏大学光子制造江苏省重点实验室的支持下完成的。本文在罗新民教授的悉心指导下完成，在课题的选题、方向的制定、工作实施、实验分析和论文撰写过程中，导师都给予了无微不至的指导。导师渊博的知识、严谨的治学态度、诚恳的科研作风以及勇于创新的开拓精神，将使我受益终生。在此谨向导师致以衷心的感谢。理化中心的陈康敏老师和实验中心的苗润生、王兰等老师在实验方面给予了大力支持，615实验室的各位同学也在实验过程中提供了帮助使我能够顺利完成各项实验，在此表示深深的感谢。最后衷心感谢参加本论文评阅和答辩的各位老师。56 江苏大学硕士学位论丈攻读硕士期间发表的论文【1】第_二作者．锰奥氏体不锈钢板激光冲击形变的表现与微结构分析．金属热处理，200800)【21第二作者．激光冲击超高应变率对钛板形变微结构的影响．材料热处理学报(已录用)