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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 激光冲击强化处理的2024-T351铝合金梯度微观结构与振动疲劳性能

    摘要： 为研究激光冲击强化对振动疲劳性能的改善及其强化机制，采用纳秒激光对2024-T351铝合金进行强化处理。随后测量了处理后合金的微观组织、残余应力、纳米硬度和表面粗糙度，进而评估其振动疲劳损伤与疲劳寿命，并观察振动断裂形貌。结果表明：冲击表面晶粒得到细化，激光冲击强化获得-141MPa残余压应力和3.1GPa纳米硬度。根据冲击后微观组织与断裂形貌的关系推断，晶界数量增加导致裂纹萌生速率降低和裂纹萌生寿命提高；残余压应力减缓了裂纹扩展速率并延长了裂纹扩展寿命。因此激光冲击强化使振动疲劳总寿命提升约63.5%。

    关键词： 激光冲击强化、振动疲劳、2024-T351铝合金、残余压应力、微观组织

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 基于有限元模拟的激光喷丸钛合金工艺参数优化——田口灰关联法诱导增强残余压应力

    摘要： 激光冲击强化（LSP）被证明是针对先进材料最有效的表面工程技术，能诱导产生有益的深层残余压应力，从而提升材料的力学性能、疲劳特性及表面抗损伤能力。但采用X射线衍射法分析处理试样中残余应力的非均匀分布既耗时又昂贵。该问题可通过与实际实验过程相兼容的LSP有限元数值模拟模型解决——该模型允许用户调控激光参数以实现所有可控参数的最优水平。本研究旨在分析并优化激光工艺参数的影响，在实现最小化表面变形的同时诱导残余压应力。基于Johnson-Cook粘弹性塑性材料行为定律建立了Ti6Al4V材料LSP仿真模型，采用高斯压力分布对目标区域进行均匀加载。通过L27正交阵列结合田口-灰色关联分析法（TGRA）处理LSP仿真数据，并基于多响应指标进行结果分析。研究发现：激光冲击次数和压力脉冲持续时间的增加会导致表面变形加剧；而激光光斑直径、光斑重叠率及激光功率密度的提高会使最大残余压应力降低。有限元仿真结果与已发表文献具有相关性，最终获得了优化钛合金LSP效果的最佳工艺参数组合。

    关键词： 灰色关联分析（GRA）、田口方法、激光冲击强化（LSP）、有限元法（FEM）、残余应力

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 研究液体中激光烧蚀参数的影响以降低激光冲击强化过程中的脉冲能量

    摘要： 研究了激光冲击强化技术与激光处理过程中及处理后发生的物理过程之间的关系。探讨了激光参数对工艺效果的影响。研究表明，在保持强度不变的情况下减小激光光斑直径会导致LSP效果降低。该现象通过标准LSP工艺模型，从不同处理区域尺寸下塑性变形特征的角度进行了研究。此外还分析了液体环境中激光烧蚀时等离子体羽流发展的特征，结果显示液体决定了羽流演化及其引发冲击波的几何形态。所用工艺参数及获得的结果对开发低能LSP技术具有重要意义。

    关键词： 表面处理、激光冲击强化、激光产生的等离子体、液体中的激光烧蚀、镍合金、激光脉冲、激光器

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 激光冲击强化对6061-T6铝合金力学性能和微观结构的影响

    摘要： 对6061-T6铝合金进行了激光冲击强化（LSP）处理，并采用残余应力分析、表面粗糙度、维氏显微硬度、拉伸试验、X射线衍射（XRD）分析、透射电子显微镜（TEM）和电子背散射衍射（EBSD）等多种表征技术，细致研究了LSP后参数对力学性能和微观结构演变的影响。处理后获得了约1500微米深度的加工硬化层，截面显微硬度显著提高达33.04%。激光冲击试样中诱导产生了最大达-273 MPa的有益压应力，其整体效应集中在沿有效深度区域约100微米深度范围内。通过XRD图谱分析观察到LSP后出现第二相Mg5Si6（β?）析出物，并伴随峰宽化和向更高2θ角度的峰位偏移，这与显微硬度测试结果相互印证。LSP试样中高角度晶界（HAGBs）比例增加，其影响在残余应力分布中得以体现。Mg5Si6（β?）析出物与LSP过程中剧烈塑性变形导致的密集位错密度共同被认为是改善LSP试样力学性能的关键因素。应变硬化、第二相析出物、峰宽化、位错密度增加以及HAGBs比例提升的综合作用，在LSP试样的力学性能和微观结构特征中均得到体现。研究结果经详细讨论并显示出强烈的相互关联性。

    关键词： 电子背散射衍射（EBSD）、铝合金、cosα法、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、激光冲击强化

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 激光冲击喷丸对电子束熔炼制备的Ti-6Al-4V合金显微组织和疲劳行为的影响

    摘要： 激光冲击喷丸（LSP）是一种后处理工艺，广泛用于改善增材制造（AM）构建零件的表面微观结构和力学性能。本研究探究了LSP对电子束熔融（EBM，一种主流AM技术）制备的Ti-6Al-4V合金微观结构及疲劳行为的影响。EBM试样微观结构由β相（约6体积%）和α层状相组成。LSP过程中通过位错演化和变形孪晶共同实现α相晶粒细化，并建立了描述微观结构演化（特别是变形孪晶分布）的理论模型。经LSP处理后，EBM试样的疲劳强度和显微硬度分别提升约17%和11%。研究对比了LSP前后EBM试样在三个损伤阶段（裂纹萌生、裂纹扩展和瞬时断裂）的疲劳断口形貌，探讨了LSP增强疲劳强度的主导机制：残余压应力与绝热温升效应协同作用，配合LSP产生的α相晶粒细化，既减小原始裂纹尺寸、抑制裂纹萌生，又增加了疲劳断裂所需能量。

    关键词： 激光冲击强化、电子束熔炼、Ti-6Al-4V钛合金、疲劳行为、微观结构表征

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 激光冲击强化处理后粉末冶金镍基高温合金的表面完整性与氧化行为

    摘要： 激光冲击强化（LSP）是一种通过激光脉冲重复冲击诱导材料产生大压应力残余和微观结构变化的机械表面处理技术。本研究首次探究了经LSP处理的粉末冶金镍基高温合金的表面完整性（包括表面微观组织、形貌、硬度和残余应力）。LSP处理引发了显著塑性变形（尤其在距表面约100微米深度处），从而提升了局部硬度。通过同步辐射X射线衍射分析了样品从表层至内部的残余应力分布，测得最大压应力达400MPa（位于表面），且压应力层深度约为0.7毫米。最后通过700°C热暴露312小时的测试对比了处理/未处理试样的氧化行为，结果显示LSP处理使氧化层厚度减小，抗氧化性能得到改善。

    关键词： 抗氧化性、表面完整性、粉末冶金、镍基高温合金、激光冲击强化

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 激光冲击强化对316LN不锈钢高周疲劳特性的影响

    摘要： 通过开展200-300 MPa范围内的全反向应力控制疲劳试验，在298 K条件下研究了"激光冲击喷丸"（LSP）对316LN不锈钢疲劳行为的影响。针对原始态和激光冲击喷丸处理试样在10^7周次以下的全部试验，均采用频率恒定为5 Hz的三角波形。10^7周次的截止试验则以60 Hz频率进行。研究明确揭示了疲劳寿命取决于材料表面状态和所施加的应力幅值。对比分析了原始态与喷丸处理材料的循环应力-应变滞后回线及疲劳寿命。喷丸处理材料在高周疲劳区低应力幅值下展现出更优的疲劳强度和寿命，并呈现较低的表面微裂纹密度。其抗疲劳性能的提升归因于距表面约100 μm深度范围内存在的残余压应力。该压应力的有益效应体现在：既减少了I阶段微裂纹的数量密度，又延缓了初始阶段II阶段裂纹扩展（与未处理试样相比，其显现的疲劳条纹间距更?。?

    关键词： 激光冲击强化，不锈钢，高周疲劳，残余压应力

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • TC4钛合金激光冲击处理过程中的局部变形与宏观畸变

    摘要： 通过实验研究了激光喷丸处理过程中不同厚度TC4钛合金薄板的局部变形、宏观畸变及残余应力分布情况。结果表明：几何畸变的产生方向随激光冲击处理条件而异?；诩す夤β拭芏扔氚宀暮穸冉⒌谋湫蜗凳丝捎糜谠げ夂旯郾湫文Ｊ健宝?lt;0.212时无宏观畸变；当0.212<λ<0.58时体积沿上表面转移，几何畸变方向背向激光束，表面产生压应力并形成凸变形；当λ>0.65时体积沿下表面转移，宏观畸变方向朝向激光束，表面产生拉应力并形成凹变形；凹凸变形的阈值约为0.62。该变形系数λ与凹凸变形阈值可用于预测和控制激光冲击处理中TC4钛合金薄板的几何畸变。

    关键词： 薄板、残余应力、几何畸变、激光冲击强化

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 激光冲击强化双相不锈钢不同试样几何形状的疲劳寿命行为

    摘要： 采用激光冲击强化（LSP）技术处理了两种不同应力集中几何结构（圆角与缺口），以分析试样几何形状对2205双相不锈钢（DSS）疲劳行为的影响。LSP处理使用波长1064 nm、频率10 Hz、单脉冲能量0.85 J的Nd:YAG脉冲激光完成。通过钻孔法与ABAQUS/EXPLICIT软件分别评估了LSP后残余应力分布的实验数据与MEF模拟结果。疲劳试验（拉-拉轴向应力）在应力比R=0.1、频率20 Hz条件下进行。残余应力模拟与实验数据吻合良好。结果表明：缺口试样经LSP处理后疲劳寿命延长，而圆角试样则出现寿命缩短。这与不同几何结构产生的LSP残余应力分布相关。此外，疲劳裂纹扩展方向随几何类型改变。圆角试样中，疲劳裂纹扩展方向与该钢材各向异性共同产生不利影响，降低了疲劳裂纹萌生所需的循环周次。实验证明LSP对疲劳性能的影响受试样几何形状制约。

    关键词： 激光冲击强化、残余应力、双相不锈钢、疲劳寿命、试样几何形状

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 激光冲击强化对高速微型燃气轮机轴应力集中区疲劳寿命的影响：一项基于模拟的研究

    摘要： 燃气轮机发动机中关键旋转部件（如轴）因应力集中区域导致的疲劳失效是一个至关重要的问题。降低这些应力并提高疲劳寿命的方法是当前持续研究的方向。激光冲击喷丸技术能在这些部件的应力集中处引入残余压应力，但针对多个激光冲击喷丸作用于应力集中的数值研究仍较少。因此，本研究尝试通过激光冲击喷丸来预测高速燃气轮机发动机轴上圆角半径台阶诱导应力集中区域的疲劳寿命。研究目标是通过开发更高效的有限元模型来实现——该模型能模拟轴上圆角半径台阶诱导应力集中区域的激光冲击喷丸过程。我们引入了改进的激光冲击喷丸仿真方法以有效预测残余应力场，并采用Fe-safe疲劳软件预测了激光冲击喷丸带来的疲劳寿命提升。结果表明：与传统方法相比，改进的激光冲击喷丸仿真方法不仅能准确预测残余应力场，还将计算时间缩短了68%以上；激光冲击喷丸使疲劳寿命提升了553%，与文献中的类似发现相当。因此，基于本研究成果，所开发的有限元模型可作为评估激光冲击喷丸作用于应力集中区域时疲劳寿命的有效辅助工具。

    关键词： 疲劳、激光冲击强化、Fe-safe软件、应力集中区域、有限元模型

    更新于2025-09-16 10:30:52