铁镍合金激光冲击处理表面强化效应研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要激光冲击处理技术(LaserShockProcessing简称LSP)是用高功率密度(109W／cm2)、短脉冲(ns级)激光辐射金属材料，在材料表面附加涂层迅速气化形成等离子体膨胀爆炸产生高压冲击波，使材料表层显微组织发生改变，从而提高金属材料表面硬度、抗磨损、抗腐蚀和抗疲劳等力学性能的一种新型表面改性处理技术。激光冲击强化处理无需改变材料的表面化学成分，而可使材料的表面性能得到有效强化，尤其是能够大幅提高金属材料的疲劳寿命，在航空航天、汽车、内燃机、工程机械等现代制造业领

2、域具有广阔的应用前景。铁镍合金材料是研究马氏体相变的典型合金系，而激光冲击强化处理技术作为一种新的材料强化手段，与常规处理得到的强化方法不同，所以研究激光冲击铁镍合金强化机理具有十分重要的理论意义。本课题作为研究金属材料激光冲击强化的阶段性试验，采用JXA一840A型扫描电子显微镜和X．350A型残余奥氏体分析仪等，测定了不同预处理工艺对奥氏体含量的影响，制备了激光冲击试样，以冲击能量70J、功率密度17．84GW／cm2进行了正常激光冲击强化和液氮深冷处理后再强化的对比试验。检测分析了激光冲击处理

3、试样的力学性能变化，研究了Fe．20Ni合金激光冲击强化效果。试验结果表明，Fe．20Ni在1200℃保温72小时进行均匀化扩散退火；再经过1150℃，6小时的奥氏体化处理后，用10％的盐水淬至室温，可获得以奥氏体为主的组织。激光冲击强化试验检测结果表明，冲击区凹坑形状清晰，表面光滑，冲击后不增加材料冲击区表面的粗糙度。表面微观轮廓测试结果表明，水淬火试样最大变形深度为161．tm，液氮处理状态的试样最大变形深度则为12um。显微硬度测量发现，激光冲击后显微硬度有明显提高，水淬火状态的试样显微硬度提

4、高了20．1％，而液氮处理状态的试样提高了16．6％。激光冲击后，冲击区表面和激光冲击区的残余应力为单一残余压应力，沿深度方向由高到低分布，表面值最大，表面残余应力最大值水淬状态达．469．3MPa，激光冲击液氮处理试样达一459MPa；冲击区深度水淬火态试样达1．5ram，液氮处理试样达lrnm。激光冲击区表面残余压应力中心区域最大，往周围逐渐减小，激光冲击水淬火处理试样强江苏大学硕士学位论文化区表面残余应力最大值为一598．5MPa；激光冲击液氮处理强化区表面残余应力最大值为．437．1MPa。

5、综上所述，激光冲击强化能明显增加试样的显微硬度，在冲击区产生单一的残余压应力，从而改善金属材料的表面强度。关键词：Fe．Ni合金，奥氏体，微观组织，扩散退火，激光冲击处理，残余应力Ⅱ江苏大学硕士学位论文ABSTRACTLasershockprocessing(shonenedformisLSP)isanewsurfacemodificationtechnology．IntheprocessofLSP,thelaserwithhighpowerdensityandburstpulseirradiate

6、sonmetalmaterials，thecoatingonthematerialsurfacevaporizedrapidly,formingplasma，theplasmaexplodedtoinducedhighpressureshockwave，whichcallmodifythemicroscopicstructureofmaterialsuperficialcost．SothatLSPcanincreasesomemechanicalpropeniesofmetalmaterials，s

7、uchassurfacehardness，wears订ength,corrosionresistance，fatigueresistanceandSOon．LSPCaneffectivelystrengthenmaterialswithoutchangingchemicalcomponentsofmaterialsurface，especiallyCanprolongthefatiguelifeofmetalmaterialsgreatly．LSPhasextensiveappliedforegro

8、undinsomemodemmanufacturingsuchasaerospaceindustry,motor-dom，internalcombustionenginemanufactoryandSOon．Fe—Nialloyistypicalalloyformartensitetransformationresearch．Asanewprocessingtechnology,lasershockprocessing(LSP)isalsoanewmethodofma