激光冲击波调控熔覆层组织应力状态的基础研究

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1、分类号TN249密级公开UDC621编号10299S1303040硕士学位论文激光冲击波调控熔覆层组织/应力状态的基础研究StudyonMicrostructureandStressStateofCladdingLayerbyLaserShockWave指导老师冯爱新教授作者姓名张华夏申请学位级别硕士专业名称机械制造及其自动化论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月答辩委员会主席批阅人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

2、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，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，

3、允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日激光冲击波调控熔覆层组织/应力状态的基础研究StudyonMicrostructureandStressStateofCladdingLayerbyLaserShockWave

4、专业名称机械制造及其自动化指导老师冯爱新教授姓名张华夏江苏大学二零一六年四月江苏大学硕士学位论文摘要激光熔覆技术是再制造、表面涂层及3D打印的基础工艺，其应用前景广泛，也是当前科学研究的前沿和热点。激光熔覆技术目前存在的主要问题是熔覆层表面及内部组织不均匀、残余拉应力等缺陷，这些缺陷在外力作用下容易引起熔覆层的变形及开裂。针对上述问题，本文创新性的开展了激光冲击波调控熔覆层组织及应力的基础研究。首先，进行了激光冲击波调控熔覆层组织及残余应力机理研究。基于微观位错理论建立了激光冲击波诱导熔覆层微观组

5、织形变理论；研究表明，熔覆层在受激光冲击作用后，其组织发生位错、滑移，导致微观组织形变。结合微观组织形变理论分析了激光冲击波细化熔覆层晶粒的微观机制；分析表明，激光冲击波细化熔覆层主要是通过冲击波压力作用于熔覆层表面，熔覆层内部晶粒位错运动，位错运动累积及相互缠结，最后晶粒重新排列，形成细化后晶粒。基于激光冲击诱导熔覆层微观组织形变理论，研究了激光冲击调控熔覆层残余应力机理；研究表明，残余应力是微观位错在力学上的表现，激光冲击后，熔覆层表面塑性变形，位错从不稳定的高能态转变为低能态，熔覆层表面相对

6、稳定，残余拉应力消除。基于激光冲击波细化熔覆层晶粒的微观机制及激光冲击调控熔覆层残余应力机理，建立了激光熔覆层激光冲击调控模型；其次，以Ni60粉末激光熔覆层为例进行了熔覆层表面加载激光冲击波试验研究。对比分析了激光冲击前后熔覆层内部组织变化行为。研究表明，激光冲击后，沿激光冲击方向熔覆层可划分为强塑性变形区、次塑性变形区及微塑性变形区。在微塑性变形区，熔覆层中等轴晶及树枝晶晶臂被压缩，晶粒细化为许多小晶块，尺寸从3.1μm到21μm不等。在次塑性变形区，树枝晶宽度被压缩，晶臂被打断，激光冲击调控

7、后枝晶宽度尺寸为5.3μm到7.8μm不等。在微塑性变形区，经激光冲击波加载后，等轴晶分布趋于均匀，等轴晶组织形态丰满。块状晶被部分压缩，平均尺寸下降为原来的一倍。熔覆层底部较大柱状晶在激光冲作用下发生碎化，形成细小晶块。I激光冲击波调控熔覆层组织/应力状态的基础研究最后，以Ni60粉末激光熔覆层为例进行了熔覆层表面加载激光冲击波前后应力变化测试及疲劳试验。采用X射线衍射应力仪测试了激光冲击波加载前后熔覆层残余应力场的变化。研究表明，激光冲击前，熔覆层表面应力状态表现为残余拉应力，且裂纹前后出现应

8、力突变行为，突变值约为250MPa。熔覆层在激光冲击前沿激光扫描方向残余应力值逐渐增加，最大值处约为276Mpa。在疲劳试验中，对未经处理的熔覆层及加载激光冲击波后的熔覆层表面进行恒定载荷加载，结果表明激光冲击波调控后的熔覆层所承受载荷高于未经处理的熔覆层。基于以Ni60熔覆层激光冲击波调控组织及应力的试验研究，表明了熔覆层表面加载激光冲击波调控熔覆层组织及应力的可行性，验证了熔覆层激光冲击调控组织及应力模型。关键词：激光熔覆，激光冲击波，微观组织，残余应力，晶粒细化II江苏大学硕