激光等离子体冲击强化研究进展

本文综述了激光冲击强化技术的机理和模型,分析了激光冲击强化的技术特点和影响因素,论述了激光冲击强化在生产中的运用,并且探讨激光冲击强化与激光冲击成形、激光喷丸成形之间的区别,展望了激光冲击强化技术的应用前景。     

H13钢激光冲击处理后的残余应力研究

利用激光冲击强化技术对H13钢表面进行了强化处理,用扫描电镜观察了激光冲击处理后的表面组织与结构的变化,并用X-350A型X射线应力仪测定了激光冲击处理和回火处理后的残余应力。结果表明,激光冲击处理后的残余压应力为400MPa以上,工作温度500~550℃回火处理对其残余应力影响很小,回火稳定性较好。     

激光冲击强化2024-T3铝合金的数值模拟与试验

表面冲击坑深度和残余应力大小是评价激光冲击强化效果的两个重要指标。采用数值模拟软件对激光冲击强化2024-T3铝合金进行了数值模拟,对模拟过程中的关键技术问题进行了处理,建立了有限元分析模型,并进行了试验验证。数值模拟的冲击坑深度和试验值相差为5.78%,模拟的表面残余压应力的最大值与试验所得的数值偏差为2.7%。     

激光冲击钛合金表面退火后的残余应力分布

选用钛合金Ti-6Al-4V进行激光冲击成形实验，发现其表面产生很大的残余拉应力和残余压应力。对不同后处理工艺条件下表面的残余应力进行了研究，结果发现：钛合金成形凹面具有良好的力学性能稳定性，其表面残余压应力不会随着退火温度的提高而降低；而其成形凸面的残余拉应力随着退火温度的提高逐渐消退，在371℃退火后，钛合金凸面上82．67％的残余拉应力消除，剩余残余拉应力仅为20．6MPa。经过高温退火后的钛合金具有良好的抗疲劳性能，可以满足飞机结构件的使用要求。     

金属板料受控激光喷丸强化的残余应力场分析

在分析受控激光喷丸强化机理的基础上,通过激光喷丸强化力学效应的物理模型和残余应力的弹塑性模型,分析了激光喷丸强化诱导残余应力的特点,研究了残余应力大小和深度与激光喷丸工艺参数的关系。通过调整激光参数及工艺条件以控制残余应力场的分布,并根据残余应力场的分布判断激光喷丸强化效果,保证了受控激光喷丸强化后工件的疲劳寿命获得较大幅度的提高。     

凸轮轴表面强化处理后的残余应力对比分析

用X射线应力测量仪分别测定了凸轮轴经滚压、喷丸和滚压加喷丸3种表面强化后的表面残余应力场分布,同时测定了凸轮轴在500℃退火处理后的残余应力松弛情况。试验结果表明,3种工艺处理后的残余应力均为压应力,滚压后凸轮轴的表面残压应力均较其余两者大,滚压应为凸轮轴最佳表面强化工艺;滚压加喷丸处理显著降低了滚压工件表面残余压应力,减弱了滚压工艺的效果。     

激光复合强化提高球铁耐磨性能的实验研究

将激光淬火处理后的QT800—2强化区域再进行激光冲击强化处理，并对其表面硬度和耐磨性进行了对比性实验和理论分析。实验结果表明：激光淬火冲击复合强化处理后QT800—2的硬度比纯激光淬火处理的硬度增加了18％；其耐磨性分别比软氮化和纯激光淬火处理区域的耐磨性大约提高了3倍和1倍。     

激光冲击强化316不锈钢的滚动接触疲劳性能

对316不锈钢进行激光冲击处理,研究LSP后试样表面的力学性能,包括显微硬度、表面粗糙度和残余应力,同时进行滚动接触疲劳试验,比较了LSP前后试样接触疲劳的S-N曲线.结果表明:LSP能显著提高表面显微硬度,当激光单脉冲能量为6 J时,显微硬度增大20%;激光冲击影响层深度随着激光能量的增大而增大,激光能量为6 J时影响层深度约为0.9 mm;随着激光能量的增大,表面粗糙度呈上升趋势,从0.41μm增大到1.91μm; LSP在316不锈钢表面产生高达280 MPa的残余压应力幅值.滚动接触疲劳试验表明:LSP能有效改善316不锈钢的接触疲劳性能,未冲击的试样在接触应力为848 MPa和708 MPa时,疲劳寿命约为4.72×10⁴次和1.08×10⁵次,激光冲击后,在相同应力条件下试样的疲劳寿命分别提高了2.1%和15.0%.     

板料激光冲击变形的实验和有限元数值模拟

研究了激光能量和约束孔径等参数对 SU S30 4不锈钢板料变形的影响 ,并用 ANSYS/ L SDYNA软件进行了有限元模拟。结果表明 :随着激光能量的增加 ,板料的变形量增大 ;板料初始约束孔径越大 ,板料越容易变形 ;板料几何尺寸和厚度越大 ,板料越难变形。通过数值模拟的方法可优化激光冲击的相关参数 ,预测板料变形 ;通过改变激光参数和边界条件可获得所需的变形量。     

35CrMo旋转接头激光表面硬化技术的试验研究

用L9(34)正交试验法研究35CrMo旋转接头激光相变硬化工艺参数优化组合,分析了旋转接头激光相变硬化方法.试验结果表明:激光相变硬化层硬度比渗氮淬火提高了30%,耐磨性提高了1倍,表面残余应力为压应力;满足了旋转接头工作要求,为改进旋转接头表面处理方法提供了依据.     

齿轮激光淬火工艺及性能研究

采用快速轴流CO2激光器的低阶光束模式和轴向分齿扫描方式，可一次扫描整个齿廓，并获得沿齿廓理想分布的硬化带形状，在优化工艺参数的基础上，对20CrMnTi齿轮进行激光淬火，处理结果为：表明为细针状马氏体组织，硬度为HRC61，硬化层深为0.6mm，且硬化层浓度上的硬度分布几乎无变化梯度，可有效地提高齿轮的耐磨性和接触疲劳强度，齿面的激光淬火解决了常规齿轮渗碳工艺中存在的变形难题，可省去后面的磨齿工序，降低生产成本。     

球铁曲轴激光淬火强化技术研究

介绍了曲轴激光淬火强化系统，采用千瓦级快速轴流激光器对球铁曲轴进行激光淬火强化试验，探讨了曲轴激光淬火强化时轴颈和圆角的激光扫描轨迹方式、功率密度及扫描速度等工艺参数对球铁激光强化性能的影响，指出了曲轴激光强化工程应用所要解决的主要问题。研究结果表明，球铁曲轴经激光淬火强化后，能获得较高的表面硬度和残余压应力，因而能有效的提高和改善曲轴的使用寿命。     

激光冲击约束层和吸收层的研究

为提高激光冲击效果,并提高生产效率,分别使用改进配方后的黑漆涂层配合水约束层和柔性贴膜技术对奥氏体不锈钢进行激光冲击试验,对冲击后的硬度和残余压应力进行分析比较。结果表明改进后的吸收层有更好的防护能力,且与水约束层配合可连续冲击,柔性贴膜技术提高了约束效果。     

曲轴激光喷丸强化数值仿真

采用数值仿真的方法,研究了激光冲击强化对175A型柴油机曲轴疲劳寿命的影响,取得了数值仿真条件下曲轴过渡圆角处残余应力场的数据,数值仿真结果和实验结果的对比分析表明:数值仿真结果和实验结果较为接近,从而验证所采用的材料本构模型、冲击波峰值压力和冲击波作用时间是精确的.通过此类激光冲击强化仿真分析,可优化激光冲击的相关参数,使曲轴过渡圆角产生有利的残余应力场,从而为激光冲击强化曲轴提供优化的工艺参数.     

基于水冷却的不锈钢板料激光热应力成形试验

通过改变激光束能量、光斑直径、扫描速度、扫描次数以及板材厚度对AISI304不锈钢板料进行弯曲试验,分析了在水冷却条件下各工艺参数对弯曲变形的影响,探讨了基于水冷却的板料热应力成形规律,并通过正交试验对相关工艺参数进行了优化。试验结果表明：0．6mm厚度的不锈钢板在线能量密度小于80J／mm时,工件不产生变形;在150～180J／mm范围内,热应力成形的效果最佳;扫描次数、光斑直径以及板材厚度对弯曲变形的影响较大。同时对水冷却条件下工件表面烧蚀及成形稳定性进行评估,提出了基于水冷却的板料激光热应力成形的新工艺,为精确控制板料激光热应力成形提供了试验基础。