高温合金激光冲击残余应力场中高温释放试验与有限元分析.pdf

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1、高温合金激光冲击残余应力场中高温释放试验与有限元分析SimulationandExperimentResearchofThermalRelaxationofResidualStressinLaserShockProcessingSuperalloysatElevatedTemperature专业名称姓江苏大学2014年6月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，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

2、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：占独盲良2口，争年1f月／护学位论文版权使用授权书删江苏大学、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，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

3、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口。学位论文作者签名：苦春火{良2移f4年‘月阳日指导教师警名：-w加，V年c'月L。日。江苏大学硕士学位论文捅要高温合金主要用于航空发动机的热端部件，工作环境复杂，既承受高温又承受交变载荷作用，破坏一般发生在表面微裂纹处。激光冲击强化处理产生的残余压应力可以提高材料表面疲劳强度和疲劳寿命，抑制裂纹形成与扩展，但在中高温服役环境下材料表面残余压应力会释放，导致激光冲击强化效果减弱。因此，研究激光冲击强化处理对高温合金热稳定性很有必要。本文利用有限元模拟与试验研究相结合的方法，对激光冲击强化镍基高温合金残余应力热释放过

4、程进行了研究，主要研究内容与成果如下：(1)运用有限元分析软件ANSYS／LSDYNA建立了激光冲击强化镍基高温合金的有限元模型，模拟得到了稳定的残余应力场。(2)运用有限元模拟方法研究了激光冲击强化GH4169镍基高温合金残余应力在500℃、600℃、700。C环境下变化规律，主要讨论了温度和保温时问对残余应力的影响。结果表明：对于镍基高温合金GH4169，在选定温度下，残余压应力会释放，且释放速率在最初lh内较大，在25。C～600。C范围内，释放速率随温度的升高而增大，温度超过600℃以后，释放速率减小并逐渐趋于稳定。在700℃，GH4169中仍存在一定的残余压应力，表明

5、激光冲击还保持一定强化效果。分析结果表明，温度对残余应力的影响要比保温时问对残余应力的释放影响显著。由再结晶和位错攀移导致位错消失的类似蠕变机理是GH4169镍基高温合金残余应力释放的主要机制。当镍基高温合金GH4169残余应力值下降到低于选定温度下其蠕变强度时，应力释放的驱动力减小，释放减弱甚至停止。(3)综合运用数值模拟和试验相结合的方法，研究了200。C～700。C温度范围内热处理对激光冲击强化后K417镍基高温合金残余应力的影响规律，并对K417高温合金的硬度和显微组织热稳定性进行了分析研究。结果表明：试验测量数据与模拟数据有着较好的一致性。应力释放速率在最初30min

6、内较大，释放速率随温度升高而逐渐加大，但在700℃仍存在一定的残余压应力，保温60min后材料残余应力场分布更加均匀。试样在600。C保温10h后，硬度部分下降，但应力层硬度仍高于未经激光冲击处理的试样，强化效果仍较明显。常温下激光冲击强化试样硬度增大的主要原因是晶粒细化和位错密度增大，而高温下硬度下降的主要原因是位错攀移、位错密度减小和晶粒再结晶。经激光冲击强化后，K417高温合金表面层位错密度增加，表面能增加。对激光冲击强化单晶镍基高温合金在650℃进行退火处理，未见显微组织发生明显变化，说明激光冲击强化处理后显微组织热稳定性较好。高密度位错和较低的冷作硬化率的共同作用提高

7、了激高温合金激光冲击残余应力场中高温释放试验与有限元分析光冲击强化镍基高温合金显微组织的热稳定性。因此，镍基高温合金经激光冲击强化后硬度、残余应力和微观组织都具有较好的热稳定性。关键词：激光冲击处理，残余应力，高温合金，热释放，有限元分析II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTSuperalloyismainlyusedinaircraftenginecomponents，whichservesinhightemperatureenvironmentandalwaysbearfluctuat