激光冲击强化对钛合金棒件疲劳寿命的影响

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激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金性能的提高

ｆａｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓａｆｔｅｒＬＳＰｉｎｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｒｅａｃｈｅｓ６７２ＭＰａ．ＴｈｅｈａｒｄｎｅｓｓｉｎＡＦＺａｔｅｆｒｌａ — ｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｉＳ３３３ＨＶ．ｗｈｉｌｅｔｈａｔｉＳ３８１ＨＶａｔｅｆｒＬＳＰ．ＡｎａｎｏｅｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｕｆａｒｃｅｌａｙｅｒｉＳｆｏｕｎｄｂｙＴＥＭａｔｅｆｒｔｈｒｅｅｉｍｐａｃｔｓ．ＴｈｅｈｉｇｈｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｔｅｓｔｓｏｆｌａｓｅｒｃｌａｄｄｅｄｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｅｆｏｒｅａｎｄａｔｅｆｒＬＳＰ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＬＳＰｔｒｅａｔｍｅｎｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｈｉｇｈｃｙｃｌｅｆａｔｉｇｕｅｅｎｄｕｒａｎｃｅｌｉｍｉｔｏｆｌａｓｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｂｙ１５．８％．Ｔｈｅｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｇｒａｉｎｅｄｓｕｒｆａｃｅｌａｙｅｒｗｉｔｈｒｅｓｉｄｕａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ

激光冲击强化对TC17表面硬度的影响_聂祥樊

3GW/cm2 4GW/cm2 5GW/cm2 7GW/cm2
图 3 不同功率密度冲击后沿深度方向的硬度
可以看出，经过激光冲击强化处理的试样，其显微硬度值在表面时最大，随着深度的增加逐渐下降，最后趋于平缓接近基体硬度。当功率密度为 4GW/cm2 时，由表面至到基体硬度过程中的硬度梯度变化最大，表面硬度值最大，影响深度最深，强化效果最好。
Effect of laser shock peening on surface hardness of TC17 titanium alloy
NIE Xiang-fan， LONG Ni-dong， LIU Hai-lei， HE Wei-feng， LI Qi-peng （School of Engineering， Air Force Engineering University， Xi’ an 710038， China ）【摘要】TC17 钛合金叶片耐磨性较差，在航空发动机恶劣的使用环境下受到冲刷磨损的作用易结果表明：激光冲击强化能引发疲劳断裂。研究利用激光冲击强化技术对 TC17 钛合金进行表面强化，够显著提高 TC17 材料硬度，提升材料抗冲刷磨损性能。从不同冲击参数强化后硬度测试结果得出，功 2 冲击三次为 TC17 钛合金最佳的激光冲击强化工艺参数，其硬度提高幅度达到 10%以率密度 4GW/cm 、上，并且影响深度超过 1mm。激光冲击强化过程中引入的表层晶粒纳米级细化及次表层高密度位错是材料硬度提高的主要原因。关键词： TC17 钛合金；冲刷磨损；激光冲击强化；表面纳米化；高密度位错【Abstract】Under severe environment， the vane of aeroengine, made of TC17 titanium alloy with poor wear resistance， is prone to result in a fatigue rupture caused by washing abrasion.By making use of the technology of Laser Shock Peening the surface of the material is strengthened， which results indicate that the technology can obviously improve the rigidity and boost up the wear resistance.It is known from hard － ness tests with different shock parameter that the power density 4GW/cm2 with three shocks is the best pa－ rameter for the hardness improving of TC17 titanium alloy.The hardness has been improved by 10% with an affected layer above 1mm thick.The nanocrystallization of the grain in the surface layer and the high-densi － ty dislocation in the hypo-surface layer are the dominating causation for hardness improvement. Key words： TC17 titanium alloy； Washing sbrasion； Laser shock peening； Nanocrystallization of the grain； High-density dislocation 中图分类号： TH16， TG665 文献标识码： A

钛合金激光冲击强化技术的研究与应用

钛合金激光冲击强化技术的研究与应用赵恒章;侯红苗;贾蔚菊;李磊;洪权;毛小南【摘要】激光冲击强化是一种新型表面强化技术，能够在材料表层产生残余压应力，提高结构件的疲劳强度、表面硬度，延长其疲劳寿命，在钛合金结构件中应用前景广阔。

介绍了激光冲击强化的基本原理和特点，并结合国外研究现状，着重分析了我国钛合金激光冲击强化技术在工艺基础研究以及提高疲劳强度、改善焊缝应力状态、表面纳米化、强化孔结构、修复及再制造受损件等方面的研究现状，并指出了该技术在钛合金工程化应用方面需解决的关键问题。

%Laser shock peening ( LSP ) is a novel surface treatment technique which is capable of introducing compressive residual stress near the surface layers of the materials , then the fatigue properties and surface strength of the alloy can be improved largely .In this paper , the basic principle and characterization of LSP was introduced , the research situation of the LSP in the field of fatigue strength , improve the stress state of welding seam , nanocrystalline , pore structure strengthening , repair and remanufacturing were analyzed deeply .Finally , the key problems that needed resolved for the engineering application of LSP in titanium alloys were pointed out .【期刊名称】《钛工业进展》【年(卷),期】2016(033)004【总页数】5页(P7-11)【关键词】钛合金;激光冲击;表面强化;应用【作者】赵恒章;侯红苗;贾蔚菊;李磊;洪权;毛小南【作者单位】西北有色金属研究院，陕西西安 710016;西北有色金属研究院，陕西西安 710016;西北有色金属研究院，陕西西安 710016;西北有色金属研究院，陕西西安710016;西北有色金属研究院，陕西西安710016;西北有色金属研究院，陕西西安 710016【正文语种】中文【中图分类】TG146.2+3钛合金是重要的结构材料，因具有无磁、轻质、比强度高和耐蚀等特点，且易于满足轻量化、强韧化和低能耗等要求而被广泛应用。

激光冲击强化TC4_钛合金强化层弹塑性本构参数反演分析

第52卷第10期表面技术2023年10月SURFACE TECHNOLOGY·411·激光冲击强化TC4钛合金强化层弹塑性本构参数反演分析王淑娜，伏培林，李嘉伟，张旭，阚前华*（西南交通大学力学与航空航天学院应用力学与结构安全四川省重点试验室，成都 611756）摘要：目的获取TC4钛合金激光冲击强化层的弹塑性本构模型参数，结合纳米压痕试验和有限元模拟技术，进行激光冲击强化TC4钛合金的材料参数反演计算。

方法首先，在TC4钛合金试样侧面沿强化层深度方向进行纳米压痕测试，获得距表面不同距离处的载荷-压入深度曲线。

进而，基于幂律应变硬化模型，通过无量纲方程和有限元模拟反演得到激光冲击强化TC4钛合金梯度强化层的弹塑性参数。

最后，将反演获得的弹塑性本构模型材料参数用于有限元模拟，将模拟结果与试验结果进行对比，验证参数反演结果的合理性。

结果强化层表面的弹性模量和纳米硬度较母材分别提高了11%和30%，强化层内的应变硬化指数和屈服强度沿深度方向分别递增和递减。

模拟的载荷-压入深度曲线与试验曲线吻合较好，最大压入载荷、弹性模量和纳米硬度的模拟误差分别小于1%、7%和3%，证实了参数反演结果的合理性。

结论通过无量纲方程反演算法得到的强化层本构参数有较强的可信度。

激光冲击强化可有效提升TC4钛合金的表面力学性能，强化层的本构参数呈梯度分布，表面的抗塑性变形能力大幅提升。

关键词：TC4钛合金；激光冲击强化；纳米压痕；无量纲分析；反演分析；有限元模拟中图分类号：TG146.2+3 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)10-0411-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.10.037Reverse Analysis of Elasto-plastic Constitutive Parameters of Strengthening Layer for Laser Shock Processing TC4 Titanium AlloysWANG Shu-na, FU Pei-lin, LI Jia-wei, ZHANG Xu, KAN Qian-hua*(Applied Mechanics and Structure Safety Key Laboratory of Sichuan Province, School of Mechanicsand Aerospace Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China)ABSTRACT: Laser shock processing (LSP) can form a strengthening layer with a gradient structure on the surface of parts, and thus improves the fatigue life. It is of great significance to obtain the elasto-plastic parameters of TC4 titanium alloy after LSP for the fatigue life prediction. However, there are few reports on the determination of elasto-plastic parameters of LSP TC4 titanium alloy. The reverse algorithm combining the nano-indentation experiments with finite element simulation is an effective method to obtain the constitutive parameters of the thin strengthening layer. Therefore, employing the nano-indentation experiments and finite element simulation, the reverse analysis of the LSP TC4 titanium alloy was conducted to determine the收稿日期：2022-09-02；修订日期：2023-03-10Received：2022-09-02；Revised：2023-03-10基金项目：国家自然科学基金（12072295，12192214，11872321）Fund：National Natural Science Foundation of China (12072295, 12192214, 11872321)引文格式：王淑娜, 伏培林, 李嘉伟, 等. 激光冲击强化TC4钛合金强化层弹塑性本构参数反演分析[J]. 表面技术, 2023, 52(10): 411-421. WANG Shu-na, FU Pei-lin, LI Jia-wei, et al. Reverse Analysis of Elasto-plastic Constitutive Parameters of Strengthening Layer for Laser Shock Processing TC4 Titanium Alloys[J]. Surface Technology, 2023, 52(10): 411-421.*通信作者（Corresponding author）·412·表面技术 2023年10月elasto-plastic parameters. First, the nano-indentation experiments of the LSP TC4 titanium alloy specimen were carried out based on the Nano indenter G200 nano-indentation experimental apparatus with the Berkovich diamond indenter, and the indentation depth of 1 000 nm was set by the displacement-controlled method. Then the nano-indentation experiments were carried out on a single side of specimen along the depth direction of the strengthening layer, and the corresponding load-displacement curves at different distances from the surface were obtained. Subsequently, the distributions of elastic modulus and nano-hardness along the depth direction of the strengthening layer were obtained after using the Oliver-Pharr method to determine the unloading stiffness and the reduced modulus from the unloading curves. Then, following the power-law strain hardening assumption, the yield stress and strain hardening index of the surface strengthening layer were determined by numerically solvingthe dimensionless equations of the representative stress, the ratio of plastic work to total work, and the ratio of residual depth to pressing depth, respectively. Therefore, the elasto-plastic parameters of the surface strengthening layer of LSP TC4 titanium alloy were obtained. Finally, the elasto-plastic parameters obtained by the reverse analysis were introduced toa two-dimensional axisymmetric nano-indentation finite element model. The effectiveness of the reverse analysis was verifiedby comparing the simulated results with the corresponding experimental results, which took into account the load-displacement curves as well as the variations of elastic modulus and nano-hardness with the distance from the surface. The obtained results showed that the elastic modulus, nano-hardness, yield stress and hardening index possessed a varying distribution along the thickness direction of the strengthening layer (about 300 μm). The surface elastic modulus, nano-hardness and yield stress of the strengthening layer reached 121.2 GPa, 5.0 GPa and 1 396.4 MPa, which were 11%, 30% and 55% higher than that of the substrate, respectively. However, the strain hardening index increased gradually along the depth direction, and the index at the substrate and the surface of the strengthening layer were 0.252 and 0.167, respectively. Additionally, the simulated load- displacement curves agreed with the experimental curves well, and the relative errors of the maximum load, elastic modulus and nano-hardness were less than 1%, 7% and 3%, respectively, demonstrating the effectiveness of the reverse analysis. The calculated results could be great helpful to the fatigue life prediction and the further optimization of LSP process parameters.KEY WORDS: TC4 titanium alloy; laser shock processing; nano-indentation; dimensionless analysis; reverse analysis; finite element simulationTC4钛合金（Ti-6Al-4V）因具有比强度高、耐热性高、耐蚀性好、密度小等特点而广泛应用在船舶、航空航天、车辆工程、生物医学等[1-6]领域。

激光冲击强化的应用

激光冲击强化的应用
自从20世纪70年代激光冲击波技术被用于材料表面改性以来，国内外许多学者都对其进行了广泛的研究。

1974年，Fairand等在美国国家科学基金的资助下，对特定条件下激光冲击产生的冲击波进行了实验测试研究，1978年，他们又在美国空军飞行动力实验室(AFFDL)的资助下，相继开展了激光冲击处理提高铁基合金及航空铝合金疲劳性能的研究，7475-T73经激光冲击后疲劳寿命提高一倍，Fe—Si合金(Si3%)经激光冲击得到0.2mm厚的均匀硬化层，硬度提高25%。

而316不锈钢经激光冲击后，表面硬度与机加工面相比提高20％，与基体相比提高2倍。

研究中发现，激光冲击是延长裂纹萌生时间。

降低裂纹扩展速度，提高飞机紧固孔疲劳寿命的有效手段。

1979年，美国国防工业著名的格克希德-佐治亚公司开展了激光冲击处理7075-T6和7475—T73铝合金的研究，试验结果表明：7075-T6试件的疲劳寿命提高1.93倍，7475—T73试件的疲劳寿命提高1.91倍。

另外，法国、俄罗斯等航空工业发达的国家也相继开展了这方面的研究。

我国对激光冲击波技术的应用研究起步较晚但发展迅速。

主要是国内大功率激光装置于20世纪80年代后期才进人实用阶段，且数量极少，仅有的几家单位是；中国科学院上海光机所(神光装置)、中国工程物理研究院(星光装置)和中国科学技术大学强激光研究所(华光装置)。

而这些高功率激光装置通常都是以激光核聚变及强场物理等前沿研究为应用目标所建造的。

整个激光系统的规模十分庞大，技术复杂，造价高昂，这些条件限制了我国学者对激光冲击技术的研究。

光信0802
20081182059
邹博琼。

基于激光冲击的金属材料机械性能研究及影响分析

基于激光冲击的金属材料机械性能研究及影响分析摘要：激光冲击是一种改善金属材料机械性能的最新技术，其原理主要在于通过对激光和金属材料之间所产生的强应力电波，也就是力学效应，促进金属材料机械性能的改善。

本文主要通过激光冲击处理试验，对其试验过程和结果进行了分析，总结出了激光冲击下的金属材料机械性能中硬度、晶力以及疲劳寿命这三个方面的影响。

本文主要对于基于激光冲击的金属材料机械性能研究及影响分析展开了探讨，以下为为详细内容。

关键词：激光冲击处理；机械性能；金属材料；硬度；疲劳寿命引言对于金属材料机械性能的改善，最常使用且最有效的方式就是激光冲击包括不锈钢、碳钢、合金钢、铝合金等金属材料，激光冲击作用之后，能够提高铝合金的疲劳寿命，达到4倍意义上，从而代替了喷丸处理这种传统技术。

然后是金属材料当中的P-N结构的杂质扩散以及铁芯磁损耗，更是可以利用激光冲击进行改善。

可以说，对于金属材料而言，往往都能够通过激光冲击的应用，提高金属材料的强度、耐腐蚀性，特别是在疲劳寿命方面，更是能够使其得到大大提高。

激光冲击的金属材料，在机械性能有着极强的改善，对于提高金属材料的实际使用寿命和使用稳定性而言具有极大的价值，更是能够使金属材料在各个行业的应用当中具有更好的前景以及带来更多的经济效益。

本文主要对于这一方面展开了探讨，以下为详细内容。

激光冲击处理所采用的金属材料为：2024T62铝合金，而激光装备则为高功率密度的钕玻璃激光装置。

以下对于这两点逐一展开说明：第一，金属材料：2024T62铝合金。

该金属材料的化学成分和机械性能如下图所示：试验所使用的金属材料尺寸为15mm*20mm*3mm，表面涂黑漆涂层，厚度长达0.1mm，确保在激光冲击试验当中能够充分的吸收激光，需要在金属材料涂面层覆盖透明K9光学玻璃片将其作为约束层，从而增加激光冲击处理过程当中金属材料所受的压力。

分析金属材料疲劳寿命的试件主要采用双联狗骨型紧固孔疲劳试件，其涂层和约束层同上，试件的两个孔，一个为双面激光强化使用，另一个作为对比使用。

激光冲击表面处理及疲劳性能有限元分析

钛合金具有良好的比强度，被应用于航空航天领域，如何提高和保证其使用寿命是钛合金金属构
件加工或抗疲劳处理的主要问题。本文对航空常用的钛合金Ｔ４表面进行激光冲击实验，察冲击Ｃ观前后材料的表层形貌及组织变化，究冲击前后试研
限公司共同研制的激光等离子体冲击波强化系统，
型号为ＹＳ－Ｄ５设备原理示意图如图１ＬＳＲＡ。
所示。
高压等离子体，等离子体受到约束层的约束时产该生高强度冲击波，材料表层产生塑性应变，留使残很大的压应力［４。在国内激光冲击处理研究还是３，３起步阶段，中在空军工程大学、苏大学等高集江校］。而在国外主要已经应用于航空制造业，并创造了巨大的效益。
图２试件尺寸及技术要求
面粗糙度略有增大但变化不大。说明经过激光冲击后，基本不会改变材料表面的粗糙度，力集中应和试件原表面维持在同一水平。
表一冲击前后材料表面粗糙度比较
１实验方法
１１Ｔ４试件的激光冲击试验．Ｃ
晶粒，对材料的基体没有损伤，以明显提高材料可的整体强度，同时材料的韧性下降不多。从而可以延伸裂纹扩展的长度，加疲劳寿命。增激光冲击是一个比较新型的表面微晶化处理

不同冲击次数下激光冲击对TC11钛合金的影响研究

细化过程，且纳米晶随着冲击次数增加而变得更加细小、均匀；材料表面产生了一５４０ＭＰａ以
上的残余压应力，且显微硬度也得到显著提高，幅度达到２０％左右，不同次数下硬度影响深度由６００Ｉｘｍ增至１２００ｍ。
关键词：ＴＣ１１钛合金；激光冲击强化；纳米晶；残余应力
中图分类号：ＴＮ２４９文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ — ５０７８．２０１３．０９．０７
第４３卷第９期２０１３年９月
Hale Waihona Puke 激光与红外ＬＡＳＥＲ＆ＩＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ１．４３，Ｎｏ．９
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１３
文章编号：１００１－５０７８（２０１３）０９－９９７－０５
ｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔＬＳＰｗｅｒｅｅｘａｍｉｎｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｖｉａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＴＥＭ），Ｘ—ｒａｙ
ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒｎｄａｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔｅｒ．ＴｈｅＴＥＭｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔａｇｒｅａｔｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙｏｆｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓａｒｅｇｅｎｅｒａ — ｔｅｄａｎｄｅｖｏｌｖｅｉｎｔｏｔｈｅｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｗａｌｌ，ｓｕｂ—ｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙ．Ｔｈｅｎａｎｏｃｒｙｓｔｌｌａｉｎｅｓａｒｅｆｏｍｅｒｄａｎｄｂｅ — ｃｏｍｅｓｍａｌｌｅｒａｎｄｍｏｒｅｕｎｉｆｏｍｒｗｉｔｈｒｅｇａｔｅｒｉｍｐａｃｔｓ．Ａｈｉｇｈｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓａｂｏｖｅ一５４０ＭＰａｉｓｉｎｔｒｏ — ｄｕｃｅｄｗｉｔｈａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｐｌａｓｔｉｃｌｌａｙａｆｅｃｔｅｄｌａｙｅｒｗｉｔｈｄｉｆｅｒｅｎｔｉｍｐａｃｔｓ．ＴｈｅｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔＬＳＰ

TC4钛合金激光搭接冲击强化的实验和数值模拟

基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４５１００４）作者简介：花银群（１９６３．），男。教授，博士生导师，主要从事激光表面加工技术、微纳米制备技术方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｕａｙｑ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃａ收稿日期：２００９—１０－２９；收到修改稿日期：２００９．１１．２７
疲劳、抗磨损和应力腐蚀等性能¨圳，从而提高使用寿命、安全性及可靠性。
Ｆｉｇ．２Ｍｏｄｅｌｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
如图１所示，建立尺寸为１０ｍｍ×１０ｍｍ×３ｍｍ的长方体作为１／４模型，在图形界面中以Ｙ轴为中心对称轴：ｇ－Ｚ平面为激光冲击平面，应用ｓｏｌｉｄｌ６４单元进行网格划分，冲击半径为２．５ｍｍ，在整个石与彳方
万方数据
矗ａ—
ｏ屯
向及２／３个Ｙ方向上将网格细化，并对石与彳方向的长度进行８０等分，２／３个Ｙ方向上进行１６等分，则单元尺寸为ｏ．１２５ｍｍ；对其余的Ｙ方向进行３等分。模型的全部单元数为１２１６００个。按照前面分析的边界条件处理原则给模型定义、施加边界条件，即对模型的两个侧面和底面施加无反射边界条件，对中间两个对称面施加对称边界条件，对底面施加全约束条件。材料模型为理想弹塑性材料，对应材料库中的双线性各向同性模型，模拟的材料为ＴＣ４钛合金，其力学性能参量为：密度ｐ＝４４００ｋｇ／ｍ３，泊松比Ｉ，＝０．３４２，弹性模量Ｅ＝１１０ＧＰａ，弹性极限为２．８ＧＰａ。冲击波压力Ｐ作用时程曲线见图３。
ｏａ
叼叼＝一磊Ｓａ×２１００％一１磊×
００％
（１）
式中，叩为搭接率，ｓ。为相邻两光斑中心间距离，Ｒ为光斑半径。为了能更准确与有效地分析搭接区域在冲击前后材料性能的变化，搭接率的选择须符合以下两条标准：（１）研究任意一个完整光斑覆盖区域的性能变化就可以知道整个搭接区域性能的变化情况；（２）由于在工件中传播的冲击波衰减很快，单次冲击的影响区域非常有限，主要集中在光斑覆盖区域附近旧Ｊ，因此不考虑光斑施加顺序的前提下，可依据光斑对称特性将光斑划分为多个不同的对称模块，模块中心区域ｓ。中不受模块外冲击效应的影响ｏ７１。

激光冲击强化对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响

激光冲击强化对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响罗学昆;王强;汤智慧;宋颖刚;王欣【摘要】研究了激光冲击强化处理对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响.采用表面粗糙度仪、显微硬度计和X射线衍射残余应力仪分别对激光冲击强化前后Ti-6Al-4V合金表面完整性进行了表征.在PQ-6旋转弯曲疲劳试验机上测试了经激光冲击强化处理的Ti-6Al-4V合金107周次条件下的疲劳极限,用扫描电镜分析了疲劳断口形貌,探讨激光冲击强化机制.结果表明,激光功率密度越大,表面粗糙度越小,表面残余压应力和表面硬度值越大,残余压应力层和硬化层深度越深;与原始试样相比,激光冲击强化试样的疲劳极限提高了33.3％,原因是激光冲击强化可以显著降低合金表面的粗糙度,改善合金的表面完整性,产生深层的残余压应力场和表面硬化层,将疲劳裂纹源由表层转移到次表层,有效地抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展,从而提升合金的疲劳抗力.【期刊名称】《钛工业进展》【年(卷),期】2016(033)002【总页数】5页(P33-37)【关键词】Ti-6Al-4V;激光冲击强化;疲劳强度;残余压应力;硬度【作者】罗学昆;王强;汤智慧;宋颖刚;王欣【作者单位】北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095;北京航空材料研究院,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TG178钛合金具有比强度高、耐蚀性良好等优点，被广泛用于制造航空航天飞行器的重要零部件。

然而由于钛合金具有较高的缺口敏感性，导致零部件容易发生疲劳断裂失效。

研究表明，通过表面强化方法提高钛合金的疲劳抗力是防止零部件疲劳失效的重要途径。

为此，人们开发了多种表面强化工艺，其中最常用的方法是喷丸强化[1-2]。

但是由于喷丸强化产生的强化层深度有限[2]，因而具有更高冲击能量密度的激光冲击强化方法受到了人们的关注。

激光冲击强化对金属材料疲劳寿命的影响及应用

激光冲击强化对金属材料疲劳寿命的影响及应用本文从激光冲击强化材料表面致使金属材料表面形成残余应力、改变金属材料的微观组织结构机理两个角度阐释了激光冲击强化过程中材料的表面抗疲劳性能得以进一步改良的本质原因。

并举例说明了激光冲击强化技术在各范围的应用，指出了探究激光冲击强化时的重点及难点，简单描述了其发展趋势。

标签：激光冲击强化；表面改性；疲劳寿命0 引言金属材料疲劳失效一般发生在材料应力集中程度较大的表面或是含有杂质、缺陷的内部。

对于受扭转、弯曲、剪切及其组合变形的零件而言，疲劳裂纹往往起源于材料表面。

因此，改善金属材料的表面质量、强化其表面性能，增强机械零部件的性能和寿命成为国内外学者研究的重点。

激光表面强化技术具有功率密度高、加工灵活、操作方便无污染等优势，因此，被广泛应用于工业制造领域。

其中，激光冲击强化被普遍地用来提高金属原材料的疲劳寿命。

激光冲击强化是在极为短暂的时间（纳秒级）内将激光束照射在金属材料的表面，迫使材料表面产生等离子体，并利用等离子体膨胀的过程对金属产生强烈的冲击。

这一冲击过程将使材料因产生晶体点缺陷、位错或则孪晶而得以强化[1]，如图1。

1 激光冲击强化形成金属材料表面残余应力层传统的喷丸技术是在被处理的金属表面形成一层较薄的残余压应力，其被证实能够限制疲劳裂纹扩展的速率。

但是，传统技术应变较大，且形成的残余应力层较薄，而激光冲击在非常高的应变率下能以较小的应变形成大于一毫米的残余应变层。

Dane.C.等[2]通过比较Inconel718合金经喷丸技术和激光冲击处理后的残余应力分布图2，得出激光冲击均优于喷丸技术的结论。

激光冲击形成的残余压应力与金属材料、涂层、激光束的尺寸等都息息相关：用不同的材料来作为吸收层所得到的残余应力分布不同，根据Hong，X [3]的研究结果显示黑漆作为吸收材料能更好的吸收激光能束；涂层是用来吸收更多的冲击波使金属产生塑性变形，一般而言涂层的选择是根据介质的光传播速度和密度，研究表明水是最适合的涂层，但是涂层与残余应力场的具体关系仍然没有相关报道。

TC11钛合金冲击强化后的组织演变及疲劳性能

TC11钛合金冲击强化后的组织演变及疲惫性能冲击强化是一种通过在材料表面施加高能量的冲击加载来改善材料的性能的方法。

针对TC11钛合金进行冲击强化，可以有效地改善其组织结构，并且提高其抗疲惫性能。

下面本文将重点探讨TC11钛合金经过冲击强化后的组织演变及其对疲惫性能的影响。

冲击强化起首会引发材料中的位错滑移和晶界动态再结晶。

冲击载荷作用下，TC11钛合金中的晶体发生位错滑移，这会导致晶界的位错团聚和堆积。

同时，冲击载荷会加速位错运动和晶界迁移，从而引发晶界的动态再结晶。

冲击强化后的TC11钛合金晶界细化，晶粒尺寸变小，晶体内部位错密度增加。

冲击强化对TC11钛合金的组织演变产生了显著影响，使得材料的力学性能得到了提高。

详尽而言，冲击强化使得TC11钛合金的屈服强度和抗拉强度显著提高，塑性延伸率也有所增加。

这是因为冲击强化所引起的位错和晶界的重构，有效地提高了材料的位错密度和晶界面积，从而增加了位错与晶界的互相作用，阻碍了位错和晶界的挪动，提高了材料的强度。

冲击强化对TC11钛合金的疲惫性能也有重要影响。

疲惫行为是材料在连续循环加载下发生的变形和破裂过程，是一种常见的失效模式。

经过冲击强化处理的TC11钛合金在疲惫试验中表现出更高的疲惫寿命和更好的疲惫性能。

这是因为冲击强化改善了TC11钛合金的细观组织结构，增加了材料的位错密度和晶界面积，提高了材料的抗疲惫性能。

此外，冲击强化还可以缩减裂纹的扩展速率，延缓疲惫破坏。

总的来说，TC11钛合金经过冲击强化处理后，其组织结构发生了变化，晶界细化，晶粒尺寸变小，位错密度增加。

这种组织演变对TC11钛合金的力学性能和疲惫性能产生了显著影响，提高了材料的强度和抗疲惫性能。

冲击强化技术为提高TC11钛合金的性能提供了一种有效的方法，具有宽广的应用前景。

然而，在实际应用中仍需进一步探究和优化冲击强化工艺，以提高冲击强化效果，实现TC11钛合金的更广泛应用综上所述，冲击强化技术能够显著提高TC11钛合金的屈服强度和抗拉强度，增加塑性延伸率，并且改善材料的疲惫性能。

激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金性能的提高

激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金性能的提高汪诚;赖志林;安志斌;何卫锋;周留成【摘要】对TC4钛合金的熔覆试样进行激光冲击强化试验,比较了激光冲击强化前后试样的显微硬度、表面残余应力、显微组织和疲劳性能.TC4钛合金熔覆后,修复区表面残余拉应力为225 MPa,激光冲击强化消除了熔覆产生的拉应力,产生了449 MPa的残余压应力,在基体残留的压应力高达672 MPa；激光冲击强化后,修复区硬度由强化前的333 HV提高到381 HV.TEM显示:3次冲击后,在TC4材料表面形成了纳米晶层.对强化前后的激光熔覆试样进行高周疲劳试验,结果表明:激光冲击强化提高熔覆后钛合金疲劳强度达15.8％.经分析,冲击后细化晶粒和残余压应力对高周疲劳性能的提高起到了关键作用.【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)003【总页数】4页(P331-334)【关键词】TC4钛合金;激光冲击强化;激光熔覆;高周疲劳性能;残余应力;纳米晶层【作者】汪诚;赖志林;安志斌;何卫锋;周留成【作者单位】空军工程大学等离子体动力学重点实验室,陕西西安710038;空军工程大学等离子体动力学重点实验室,陕西西安710038;空军工程大学等离子体动力学重点实验室,陕西西安710038;空军工程大学等离子体动力学重点实验室,陕西西安710038;空军工程大学等离子体动力学重点实验室,陕西西安710038【正文语种】中文【中图分类】TG665TC4钛合金由于具有密度小、比强度高、耐腐蚀性强等特点，广泛应用于航空发动机风扇、涡轮等重要部件.在使用过程中，由于应力腐蚀开裂和疲劳的原因［1］，造成有部分航空发动机的部件达不到设计使用时限.如何对产生裂纹后的钛合金部件进行修复和强化，提高钛合金构件的疲劳强度，延长其服役寿命，提高其工作可靠性，已受到人们的关注.激光熔覆技术可对金属损坏部件进行高质量修复，与工业中常用的堆焊、氩弧焊和等离子喷焊等相比，具有热影响区小、工件变形小、熔覆区硬度高等优点［2］.因此，通过在材料表面形成保护层来提高材料的抗磨损、抗腐蚀性能，从而提高部件的可靠使用时间，现在激光熔覆技术已经在燃气轮机叶片和阀门座的修复中得到应用［3］.但激光熔覆可能产生结合力不足的拉应力层，以及高密度激光束引起的重熔会影响金属结构性能和疲劳性能.激光冲击强化(LSP)是一种新的表面处理工艺.通过高能量密度短脉冲(纳秒数量级)激光束产生的高强度冲击波引起材料表面改性，能够产生数百MPa的残余压应力，大幅提高材料的表面硬度、强度和疲劳性能［4］.国内对激光冲击强化用于提高材料焊接接头性能进行了很多研究［5］.许海鹰等［6］用脉宽30 ns、能量40 J的调Q掺钕玻璃激光对TC4钛合金钨极惰性气体(TIG)焊焊缝进行了激光冲击强化处理，处理后焊接区域表面硬度增加，热影响区晶粒得到细化.研究表明［7］，与传统表面处理工艺相比，激光冲击强化在表面下产生的纳米组织和残余应力使得金属具有较高热稳定性.对于发动机涡轮叶片等高温部件，热稳定性至关重要，而钛合金常用作涡轮叶片.为此，本研究主要进行激光冲击强化提高熔覆后钛合金的高周疲劳性能和抗应力腐蚀开裂性能的研究.1 材料与方法材料为TC4钛合金试样.TC4为中等强度的α+β型两相钛合金.TC4化学成分如下:w(Al)=5.500%～6.800%，w(V)=3.500%～4.500%，w(Fe)≤0.300%，w(C)≤0.100%，w(N)≤0.050%，w(H)≤0.015%，w(O)≤0.200%，w(Ti)其余.TC4熔覆工件规格140 mm×28 mm，厚度25 mm，处理区域60 mm×28 mm，如图1所示.激光熔覆所用的试验装置由RS－850型5 kW的CO2连续激光器、LPM－408四轴联动工作台、JPSF－2型送粉器、送粉嘴和辅助装置组成，载粉气体和激光熔池保护气体为氩气.粉末为TC4钛合金粉末，微粒为60～120 μm球体.熔覆参数如下:激光能量2400 W，扫描速度为8 mm·s－1，光斑直径为2.5 mm，送粉速度为5 g·min－1，重复率为30%.图1 试件及凹槽处理区域激光冲击强化试验在本单位开发的激光冲击强化系统YLSS－05A上完成.整套系统由SGH－60型高功率调Q脉冲Nd:YAG激光器、五自由度工件夹持运动平台、水约束系统和控制与监控系统4部分组成.激光器参数:激光波长为532 nm，激光能量为6 J，功率密度为4 GW·cm－2，脉宽为10 ns，光斑搭接率为70%，水约束层厚度为2 mm，吸收保护层为0.1 mm的铝箔.对基体、热影响区和修复区进行激光冲击强化，强化区域如图2所示.图2 激光强化区域和残余应力测试点示意图2 结果及分析2.1 显微硬度使用HVS－1000型显微硬度计，采用静态压痕法，加载重量为500 g，加载时间为10 s，每个区域测量5个点，取平均值.显微硬度测试结果如表1所示.表1 两种工艺处理后焊接件硬度比较工艺区域硬度/HV熔覆基体348±21修复区333±15热影响区315±18熔覆+激光冲击强化基体397±17修复区381±14热影响区370±23硬度反映了不同区域不同晶相组织和性能.与未进行激光冲击强化的修复件相比，激光熔覆+激光冲击强化处理过的试样基体、修复区和热影响区硬度都得到提高.根据Rabinowicz磨损定律［8］:式中:W是每单位滑行距离的磨损体积;P是实际载荷;H是磨损表面的硬度;K是磨损系数.可见，硬度增加时，摩擦系数峰值减小，硬度的增加能够提高材料抗磨损性能.2.2 残余应力采用X－350A X射线应力测定仪，试验执行GB 7704—87《X射线应力测定方法》的规定，测量方法为侧倾固定Ψ法，定峰方法为交相关法，Cr-Kα辐射.在基体、热影响区、修复区按比例各选5个测试点进行测量，取平均值.测试点和区域示意图如图2所示，测量方向为轴向.残余应力测试结果见表2.表2 两种工艺处理后焊接件残余应力工艺区域残余应力/MPa激光熔覆基体－11.5±12.4修复区224.7±15.3热影响区28.4±15.8激光熔覆+激光冲击强化基体－671.8±13.6修复区－448.9±11.5热影响区－659.4±17.7由表2可知:激光冲击强化后在材料表面产生了残余压应力，基体的残余应力由－11.5 MPa增加到－671.8 MPa.激光冲击强化后修复区和热影响区的残余应力分别为－448.9 MPa和－659.4 MPa，而强化前的残余应力分别为224.7 MPa和28.4 MPa，为拉应力.其他研究者的结果也证实了激光熔覆会产生残余拉应力［3］.这是由于熔覆时凝固收缩引起的.对于多层结构，由热梯度下降和塑性流动对残余应力的解除作用减弱，从而在材料表面形成较高残余应力.材料表面残余压应力对材料抗疲劳强度有显著影响.残余应力在疲劳载荷中起着平衡应力的等效作用，残余压应力相当于负的平均残余应力，能提高工件抗疲劳强度;残余拉应力则会降低工件抗疲劳强度.残余压应力高，工件抗疲劳性能强.另一方面，残余压应力能使部件实际承受的裂纹尖端应力强度因子幅值ΔK下降，从而降低裂纹扩展速率，提高部件的疲劳裂纹扩展抗力［9］.激光冲击强化处理熔覆工件，消除了熔覆产生的残余拉应力，在材料表面形成了残余压应力，从而提高材料的抗疲劳性能.2.3 组织形态激光熔覆试样横截面显微组织如图3所示.图3 横截面显微组织激光冲击强化前后试样组织结构和选区电子衍射如图4所示.透射电子显微镜(TEM)分析显示:3次激光冲击强化后，形成纳米级晶粒层(＜100 nm).由图4b中的选区电子衍射图可知:选区纳米级晶粒的角度较大.在部分激光冲击强化区域晶粒尺寸由冲击前几μm减小到冲击后20 nm.图4 激光冲击强化前后组织结构2.4 拉伸性能拉伸试验使用WDW－100万能试验机，参照GB/T 228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》，在室温下进行试验，拉伸速度为0.1 mm·min－1.不同试样的拉伸性能试验强度如表3所示.由表3可知:激光熔覆+激光冲击强化试样的拉伸性能较好.表3 TC4钛合金不同处理方式下的拉伸强度 MPa2.5 高周疲劳性能疲劳强度是表征材料与结构疲劳性能的重要参量之一.取两种状态试件各20件，参照HB 5287—1996《金属材料轴向加载疲劳试验方法》，在MTS880试验机上进行高周疲劳试验.应力比R=0.1，加载频率为100 Hz，温度为25℃.试验数据分析和处理参照HB/Z 112—86《材料疲劳试验统计分析方法》进行，根据试验应力和对数循环次数在图上作点，绘制S－N曲线(见图5).由图5可知:激光冲击强化处理熔覆试件后，疲劳强度由285 MPa增加到330 MPa，提高钛合金熔覆试件疲劳强度为15.8%.图5 TC4钛合金疲劳性能根据Tao N.R.等研究结果［10］，纳米级晶粒使材料表层界面体积分数大大提高，表面能增加，有利于部件疲劳寿命提高.S.Suresh研究［11］表明，残余压应力和表面加工硬化层的提高，对部件疲劳强度的提高有重要作用.激光冲击强化在材料表层产生纳米级的细化晶粒、数值高的残余压应力和较高的硬度，是部件疲劳性能提高的本质原因.3 结论1)激光熔覆+激光冲击强化的复合修复技术，是提高TC4钛合金高周疲劳性能的高效的表面修复工艺.激光冲击强化处理后的TC4钛合金激光熔覆试件，疲劳强度提高了15.8%.2)激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金疲劳性能的提高，是冲击形成的残余压应力和纳米晶层共同作用的结果.参考文献(References)【相关文献】［1］张永康，周立春，任旭东，等.激光冲击TC4残余应力场的试验及有限元分析［J］.江苏大学学报:自然科学版，2009，30(1):10－13.Zhang Yongkang，Zhou Lichun，Ren Xudong，et al.Experiment and finite element analysis on residual stress field in laser shock processing TC4 titanium alloy［J］.Journal of Jiangsu University:Natural Science Edition，2009，30(1):10－13.(in Chinese)［2］张永康，周建忠，叶云霞.激光加工技术［M］.北京:化学工业出版社，2004:193－195. ［3］刘其斌，李绍杰.航空发动机叶片铸造缺陷激光熔覆修复层的组织结构［J］.金属热处理，2007，32(5):21－24.Liu Qibin，Li Shaojie.Microstructures of the laser clad coating repairing cast defect in aeroengine blade［J］.Heat Treatment of Metals，2007，32(5):21 －24.(in Chinese)［4］马壮.航空发动机部件激光冲击强化应用基础研究［D］.西安:空军工程大学工程学院，2008. ［5］Wang C，Zhou L C，He Q，et al.Experiment research on improving the fatigue life of 12Cr2Ni4A welding joints by laser shock processing［J］.Applied Mechanics and Materials，2011，43:467 －470.［6］许海鹰，邹世坤，车志刚，等，激光冲击次数对TC4氩弧焊焊缝微结构及性能的影响［J］.中国激光，2011，38(3):92－96.Xu Haiying，Zou Shikun，Che Zhigang，et al.Influence of laser shock processing times on TC4 argon arc welding joint microstructure and properties［J］.Chinese Journal of Lasers，2011，38(3):92－96.(in Chinese)［7］Lu J Z，Zhong J W，Luo K Y，et al.Micro-structural strengthening mechanism of multiple laser shock processing impacts on AISI 8620 steel［J］.Materials Science and Engineering A，2011，528:6128 －6133.［8］Wang Z B，Tao N R，Li S，et al.Effect of surface nanocrystallization on friction and wear properties in low carbon steel［J］.Materials Science and Engineering A，2003，352:144 －149.［9］周建忠，徐增闯，黄舒，等.基于不同应力比下激光喷丸强化6061-T6铝合金的疲劳裂纹扩展性能研究［J］.中国激光，2011，38(9):0903006.Zhou Jianzhong，Xu Zengchuang，Huang Shu，et al.Effects of different stress ratios on fatigue crack growth in laser shot peened 6061-T6 Aluminum alloy［J］.Chinese Journal of Lasers，2011，38(9):0903006.(in Chinese)［10］Tao N R，Sui M L，Lu J，et al.Surface nanocrystallization of iron induced by ultrasonic shot peening［J］.Nanostructured Materials，1999，11:433 －440.［11］Suresh S.Fatigue of Materials［M］.Cambridge:Cambridge University Press，1998:679 －685.。

冲击磨对钛合金材料显微组织及力学性能的影响分析

冲击磨对钛合金材料显微组织及力学性能的影响分析冲击磨（Impaction Machining, IM）是一种将高速冲击事件引入材料表面以改变其性能的加工方法。

钛合金是一种重要的结构材料，广泛应用于航空航天、汽车工业和医疗领域等。

然而，钛合金的高强度和耐腐蚀性使其加工难度较大。

因此，了解冲击磨对钛合金材料显微组织及力学性能的影响是非常重要的。

首先，冲击磨在钛合金材料的显微组织上产生的影响需要进行深入研究。

冲击磨过程中，高速冲击颗粒与钛合金表面发生碰撞，形成很高的冲击压力和温度。

这种极端条件下，在钛合金表面形成了复杂的应变和热流场。

这一过程导致了钛合金晶粒的重组和细化。

研究表明，冲击磨可以显著降低钛合金晶粒的尺寸，使其呈现出细小的晶粒尺寸。

细小晶粒的形成可以提高材料的强度和硬度。

此外，冲击磨还可以消除一些钛合金中的各向异性，提高其均匀性。

这对于改善钛合金的力学性能和耐磨性具有重要意义。

其次，冲击磨对钛合金材料力学性能的影响也是研究的重点之一。

力学性能是评价材料工程应用价值的重要指标之一。

研究表明，冲击磨可以显著提高钛合金的硬度和强度。

这是由于冲击磨导致钛合金晶粒的显微组织变化引起的。

冲击磨过程中，高速冲击颗粒与钛合金表面碰撞产生强烈的塑性变形和应变。

这导致了位错的形成和运动，从而增强了材料的强度。

与传统机械加工方法相比，冲击磨可以实现更高的硬度和强度。

另外，冲击磨还可以改善钛合金的耐蚀性。

在冲击磨过程中，高速冲击颗粒引入了大量的晶界和表面缺陷。

这些缺陷可以提供更多的腐蚀路径，使钛合金更易受到腐蚀。

然而，由于冲击磨引起了钛合金晶粒的重组和细化，其晶界结构更加紧密，使得钛合金的耐蚀性得到了改善。

此外，冲击磨还可以改善钛合金的应力腐蚀开裂（Stress Corrosion Cracking, SCC）性能。

钛合金在含有氯离子的环境中容易发生应力腐蚀开裂。

冲击磨可以增加钛合金的硬度和抗应力腐蚀开裂性能，从而提高其在恶劣环境下的使用寿命。

激光冲击TC4残余应力场的试验及有限元分析

万方数据１１服役寿命，提高其工作可靠性，已受到人们的普遍关注．激光冲击处理（ＬＳＰ：ｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）是一种新型的表面强化技术，利用功率密度为ＧＷ·ｃｎｌ。

２量级、脉冲宽度为ｎｓ量级的强激光束辐照金属表面的吸收涂层，产生高温、高压等离子体，该等离子体受到覆盖在吸收涂层外面的透明约束层的约束产生高强度冲击波，使材料表层产生塑性应变，残留很大的压应力，且激光冲击产生的残余压应力层较深，约为机械喷丸的２～５倍．激光冲击处理获得的残余压应力层有很好的阻止裂纹萌生和扩展能力，可以大大提高金属材料的疲劳寿命∞“Ｊ．目前国内外学者对激光冲击产生残余应力的研究报道不少，但对冲击残余应力理论分析计算的研究较少报道．文中采用ＡＢＡＱＵＳ有限元分析软件对激光冲击强化ＴＣ４钛合金的残余应力场进行分析，模拟了不同功率密度下，激光冲击过程中应力场的分布、发展和数值大小，可为优化激光冲击参数提供理论依据。

１试验材料与方法试验材料采用飞机上广泛使用的ＴＣ４（Ｔｉ一６Ａ１—４Ｖ）钛合金，试样用线切割法加工成尺寸为４０ｍｍ×４０ｍｍｘ２０ｍｉｌｌ的试块，试样表面依次用４００—１０００４金相砂纸逐级打磨、乙醇清洗、冷风吹干后，在其表面涂覆一层约５０岬厚的黑漆涂料，激光冲击试验装置见图１，试验采用Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ脉冲激光，激光波长１０５４ｎｍ，脉冲宽度２３ｎｓ，试验采用的激光光斑直径为６ｉｎｌｎ，脉冲激光能量为１５Ｊ．为增强对激光能量的吸收同时保护试样表面不被高能激光灼伤，采用黑漆作为能量吸收牺牲涂层．为增强激光在材料表面产生的冲击波压力，延长冲击波的作用时间，采用对激光透明的Ｉ（９玻璃做约束层，玻璃厚４ｍｉｌｌ．图１激光冲击机理示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｓｈｏｃｋｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ激光冲击处理后，采用乙醇清洗去除试样表面残留的黑漆，利用Ｘ一３５０Ａ型ｘ射线应力仪测试激光冲击区表面及亚表层的残余应力值，管电压２２ｋＶ，管电流６ｍＡ，钴靶Ｋｅｔ特征辐射，准直管直径西＝２ｍｍ，阶梯扫描步进角０．０５０，时间常数１ｓ，侧倾角妒分别取００，２５。

不同冲击次数下激光冲击对TC11钛合金的影响研究

不同冲击次数下激光冲击对TC11钛合金的影响研究王学德;聂祥樊;罗思海;李启鹏;徐大力【摘要】利用激光冲击强化技术对TC11钛合金进行处理,通过电子透射显微镜、残余应力测试仪和显微硬度计分别分析了TC11钛合金激光冲击前后微观组织、残余应力和显微硬度的影响.实验结果表明:表面微观组织在不同冲击次数下呈现出位错密度-位错胞-纳米晶的细化过程,且纳米晶随着冲击次数增加而变得更加细小、均匀；材料表面产生了-540 MPa以上的残余压应力,且显微硬度也得到显著提高,幅度达到20％左右,不同次数下硬度影响深度由600 μm增至1200 μm.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)009【总页数】5页(P997-1001)【关键词】TC11钛合金;激光冲击强化;纳米晶;残余应力【作者】王学德;聂祥樊;罗思海;李启鹏;徐大力【作者单位】空军工程大学航空航天工程学院等离子体动力学重点实验室,陕西西安710038;空军工程大学航空航天工程学院等离子体动力学重点实验室,陕西西安710038;空军工程大学航空航天工程学院等离子体动力学重点实验室,陕西西安710038;河南郑州94314部队76分队,河南郑州450000;河南郑州94314部队76分队,河南郑州450000【正文语种】中文【中图分类】TN2491 前言近年来，喷丸和机械研磨等表面处理技术通过使材料表层发生塑性变形，从而细化晶粒和产生残余压应力，并已经被成功并广泛应用于各种材料和工程构件上。

激光冲击强化技术作为一种新型表面处理技术［1］，能够有效改善材料微观组织和力学性能，尤其是提高材料的抗疲劳、抗腐蚀和抗磨损等性能［2－4］。

相比其他表面强化技术，激光冲击强化由于自身的无接触和热影响区和良好的可控性而成为表面改性领域的研究热点。

在激光冲击强化发展的近40年间，其中巴黎大学、加州大学、LSPT和MIC公司、悉尼大学等先后分别对 35CD4 30HRC、316L s.s.、Ti－6Al－4V和2024Al等常用金属进行了基础性试验研究，并发现增加冲击次数可以有效增加材料影响深度［5－8］。

TC4钛合金激光搭接冲击强化的实验和数值模拟

TC4钛合金激光搭接冲击强化的实验和数值模拟花银群;蔡峥嵘;陈瑞芳;姜辉;吉光【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2010(034)005【摘要】为了研究激光搭接冲击时残余应力场的特征以及激光冲击参量对搭接区残余应力场的影响,采用高功率钕玻璃激光系统对TC4板进行了激光搭接冲击实验,同时利用有限元软件ANSYS对激光搭接冲击过程进行了模拟,残余应力场的数值模拟结果与实验结果取得较好的一致.结果表明,在不考虑各冲击参量之间交互作用的前提下,搭接区表面残余压应力值和残余压应力场深度随搭接率增加而增加,但达到一定阈值后,残压应力场深度会下降;搭接区表面残余压应力值和残余应力场深度会随着功率密度的上升而增加;在脉宽小于一定阈值条件下,搭接区表面残余压应力随脉宽增加而增加,超过阀值之后,表面残余压应力减小,但残余压应力层深度一直是随着脉宽的增加而增加.【总页数】5页(P632-635,639)【作者】花银群;蔡峥嵘;陈瑞芳;姜辉;吉光【作者单位】江苏大学,材料科学与工程学院,镇江,212013;北京航空航天大学,化学与环境学院,北京,100083;江苏大学,机械工程学院,镇江,212013;江苏大学,机械工程学院,镇江,212013;江苏大学,机械工程学院,镇江,212013;江苏大学,材料科学与工程学院,镇江,212013【正文语种】中文【中图分类】TN249;TG664【相关文献】1.激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头疲劳性能的影响 [J], 黄潇;曹子文;常明;邹世坤2.镍-钴合金杆料激光冲击强化的实验和数值模拟 [J], 高立;张永康3.激光冲击强化对激光增材TC4钛合金组织和抗氧化性的影响 [J], 薛军;冯建涛;马长征;宋斌文;郭伟;彭鹏;孙汝剑;朱颖4.TC4钛合金板材激光冲击强化动态应力波传播特性的数值模拟与实验 [J], 李玉杰;陈东林;熊竻琦;周留成5.TC4钛合金激光冲击强化与喷丸强化的残余应力模拟分析 [J], 蒋聪盈;黄露;王婧辰;高玉魁;仲政因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

激光冲击强化对片层TC11钛合金组织和性能的影响

激光冲击强化对片层TC11钛合金组织和性能的影响陈正阁;武永丽;薛全喜;熊毅;王淏【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2022(51)7【摘要】目的提高TC11钛合金的使役性能,对LSP技术在钛合金航空构件上的推广应用提供试验依据和技术支撑。

方法利用激光冲击强化(LSP)技术对片层组织的TC11钛合金进行表面纳米化处理,激光能量为6 J,脉宽为20 ns,光斑直径为3 mm,搭接率为50%。

借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线应力分析仪、显微硬度计及拉伸试验机对TC11钛合金LSP前后的微观组织及力学性能进行表征。

结果经LSP处理后,在TC11钛合金表层形成了梯度纳米结构,其中外表层晶粒尺寸约为10 nm,形变层厚度约为200μm;在次表层组织中形成了大量位错缠结、形变孪晶及层错等晶体亚结构缺陷。

LSP后钛合金表层存在着最大残余压应力(–267 MPa)和显微硬度值(425HV),且随着距表层距离的增大,相应的数值均呈现出逐渐减小的趋势。

此外,LSP后TC11钛合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了19.4%、18.3%,但伸长率略有下降,断口形貌从典型的韧性断裂向准解理和韧性混合型断裂转变。

结论在LSP作用下获得的梯度纳米结构和残余压应力的共同作用下,TC11钛合金获得了良好的强度–塑性匹配。

【总页数】10页(P343-352)【作者】陈正阁;武永丽;薛全喜;熊毅;王淏【作者单位】西北核技术研究所;河南科技大学材料科学与工程学院;有色金属新材料与先进加工技术省部共建协同创新中心【正文语种】中文【中图分类】TG146.23【相关文献】1.氮气流量对TC11钛合金表面电火花原位反应沉积TiN强化层显微组织和摩擦学性能的影响2.不同冲击次数下激光冲击对TC11钛合金的影响研究3.氮气流量对TC11钛合金表面电火花原位反应沉积TiN强化层显微组织和摩擦学性能的影响4.Nd添加对激光增材制造TC11钛合金显微组织与拉伸性能的影响5.激光沉积及热处理工艺对TC11钛合金组织和性能的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。