【摘要】：鋁合金具有密度低、比強(qiáng)度高、塑性強(qiáng)等特點(diǎn),在航空航天、汽車(chē)制造、海洋工程等高端制造行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,其各項(xiàng)機(jī)械性能對(duì)大型尖端設(shè)備的服役壽命具有重大影響。通常鋁合金材料的表面硬度較低,在潮濕、高強(qiáng)度工況下服役時(shí),容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕、局部腐蝕、疲勞斷裂等多種形式的破壞,從而降低了鋁合金的機(jī)械性能及服役壽命。激光沖擊強(qiáng)化是一種新型表面強(qiáng)化技術(shù),可以有效改善金屬及合金材料的微觀(guān)組織及表面完整性,抑制材料表面裂紋的萌生和擴(kuò)展,提高金屬材料的機(jī)械性能,常應(yīng)用于零部件關(guān)鍵部位的表面強(qiáng)化處理。但目前,關(guān)于多層激光沖擊強(qiáng)化對(duì)鋁合金抗腐蝕性能及拉伸性能的影響尚缺乏系統(tǒng)的研究,本文以6061-T6鋁合金為研究對(duì)象,構(gòu)建了多參數(shù)集成控制的激光沖擊強(qiáng)化系統(tǒng),采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)分析的研究方法,對(duì)多層激光沖擊鋁合金的抗電化學(xué)腐蝕性能和拉伸性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)構(gòu)建了多參數(shù)集成控制的激光沖擊強(qiáng)化系統(tǒng)。通過(guò)構(gòu)建多參數(shù)集成控制的激光沖擊強(qiáng)化系統(tǒng),解決了學(xué)校激光所在5軸工作平臺(tái)上進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí),存在自由度低,沖擊范圍受限制,運(yùn)動(dòng)范圍被干涉,且無(wú)法進(jìn)行葉片等復(fù)雜零件沖擊強(qiáng)化的問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)集激光器、機(jī)械手及其控制柜、水循環(huán)系統(tǒng)、外部光路系統(tǒng)、以及PC離線(xiàn)軟件系統(tǒng)于一體,并且各個(gè)系統(tǒng)間相互聯(lián)動(dòng),被加工零件可在空間內(nèi)自由旋轉(zhuǎn),并通過(guò)新型的激光強(qiáng)化工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜曲面的激光沖擊強(qiáng)化。(2)通過(guò)ABAQUS有限元軟件對(duì)6061-T6鋁合金試樣進(jìn)行了1層、2層、3層激光沖擊數(shù)值模擬研究,為多層激光沖擊鋁合金試驗(yàn)提供了理論依據(jù)。隨著激光沖擊層數(shù)的增加,6061-T6鋁合金表面的殘余壓應(yīng)力增加,殘余應(yīng)力分布更加均勻。應(yīng)力在截面垂直方向呈“壓應(yīng)力—拉應(yīng)力—壓應(yīng)力”的分布。經(jīng)過(guò)多層激光沖擊,6061-T6鋁合金試樣表面發(fā)生了明顯的塑性變形,材料整體由于模型內(nèi)部的力學(xué)平衡而發(fā)生宏觀(guān)塑性變形,并且隨著沖擊層數(shù)的增加,“拱橋”狀宏觀(guān)變形更加明顯。(3)利用多參數(shù)集成控制的激光沖擊強(qiáng)化系統(tǒng)對(duì)6061-T6鋁合金試樣進(jìn)行了單面1層、2層、3層激光沖擊處理,研究了多層激光沖擊強(qiáng)化后,材料表面殘余應(yīng)力、微觀(guān)組織、表面粗糙度的改變對(duì)抗電化學(xué)腐蝕性能的影響。經(jīng)過(guò)多層激光沖擊強(qiáng)化后,試樣表面殘余壓應(yīng)力最大值從1層沖擊后的-68MPa提升到3層沖擊后的-107 MPa,表面顯微硬度從未沖擊試樣的110 HV提升到3層沖擊后的188 HV,表面粗糙度隨著沖擊層數(shù)的增加而降低,試樣表面晶粒細(xì)化層深度從1層沖擊后的130μm增加到3層沖擊后的170μm。多層激光沖擊后,6061-T6鋁合金電化學(xué)腐蝕電位正移,電化學(xué)阻抗增大,腐蝕電流減小,材料表現(xiàn)出更好的抗腐蝕性。6061-T6鋁合金表面產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力、晶粒細(xì)化及較低的表面粗糙度有利于提高材料的抗電化學(xué)腐蝕性能,材料表面腐蝕程度降低,腐蝕坑尺寸減小。(4)利用多參數(shù)集成控制的激光沖擊強(qiáng)化系統(tǒng)對(duì)6061-T6鋁合金試樣進(jìn)行了雙面1層、2層、3層激光沖擊處理,研究了不同層數(shù)激光沖擊后鋁合金的拉伸性能,對(duì)斷口形貌進(jìn)行了表征,揭示了激光沖擊強(qiáng)化層數(shù)對(duì)6061-T6鋁合金材料拉伸性能的影響機(jī)制。雙面多層激光沖擊強(qiáng)化大幅提升了試樣的極限抗拉強(qiáng)度,經(jīng)過(guò)3層沖擊后,試樣的極限抗拉強(qiáng)度提升到255 MPa,較未沖擊試樣共提升了13.3%。材料的伸長(zhǎng)率先減小后增大,由未沖擊試樣的13.6%降到1層沖擊后的11.3%,再提升到3層沖擊后的14.3%。3層沖擊后,拉伸試樣斷口內(nèi)部的韌窩大小分布更加均勻,韌窩密度提升,韌窩尺寸大小約為10μm。分析了材料表層細(xì)化晶粒、殘余應(yīng)力分布及表面粗糙度在多層沖擊下對(duì)裂紋萌生和擴(kuò)展的影響,揭示了激光沖擊層數(shù)對(duì)6061-T6鋁合金拉伸性能的影響機(jī)制。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN249;TG146.21
【圖文】：

多層激光沖擊強(qiáng)化 6061-T6 鋁合金抗電化學(xué)腐蝕及拉伸性能研究?jī)H有效降低了能耗，還加快了表征材料的變形速度，達(dá)到機(jī)械沖壓的 1000 右，比爆炸成形高出 100 倍，并且可以對(duì)復(fù)雜零件中溝、槽、拐角等難加工進(jìn)行有效處理，具有常規(guī)加工方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)和顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[12-16]。

圖 1.2 激光沖擊強(qiáng)化示意圖[17]Fig. 1.2 Laser shock peening schematic[17]在激光沖擊過(guò)程中，當(dāng)沖擊波產(chǎn)生的壓力大于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，沖擊區(qū)域發(fā)生塑性變形，如圖 1.3(a)所示，未沖擊區(qū)域受沖擊區(qū)域擠壓在軸向方向產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，當(dāng)沖擊完成后，為平衡材料內(nèi)部的應(yīng)力，材料試圖恢復(fù)沖擊前的狀態(tài)，未沖擊區(qū)域?qū)_擊區(qū)域在軸向方向上產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力場(chǎng)[18]。

圖 1.2 激光沖擊強(qiáng)化示意圖[17]Fig. 1.2 Laser shock peening schematic[17]在激光沖擊過(guò)程中，當(dāng)沖擊波產(chǎn)生的壓力大于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，沖擊區(qū)域發(fā)生塑性變形，如圖 1.3(a)所示，未沖擊區(qū)域受沖擊區(qū)域擠壓在軸向方向產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，當(dāng)沖擊完成后，為平衡材料內(nèi)部的應(yīng)力，材料試圖恢復(fù)沖擊前的狀態(tài)，未沖擊區(qū)域?qū)_擊區(qū)域在軸向方向上產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力場(chǎng)[18]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周留成;李應(yīng)紅;何衛(wèi)鋒;陳東林;聶襄樊;;多次激光沖擊強(qiáng)化對(duì)Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr鈦合金微觀(guān)組織及力學(xué)性能的影響（英文）[J];稀有金屬材料與工程;2014年05期

2 汪誠(chéng);賴(lài)志林;何衛(wèi)鋒;薛彥慶;周留成;;激光沖擊次數(shù)對(duì)1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼高周疲勞性能的影響[J];中國(guó)激光;2014年01期

3 孫飛龍;李曉剛;盧琳;程學(xué)群;董超芳;高瑾;;5052和6061鋁合金在中國(guó)南海深海環(huán)境下的腐蝕行為研究[J];金屬學(xué)報(bào);2013年10期

4 李少哲;張凌峰;邢清蒲;;激光沖擊強(qiáng)化對(duì)AZ91鎂合金的電化學(xué)腐蝕行為的影響[J];中國(guó)激光;2013年05期

5 任旭東;;基于激光沖擊機(jī)理的裂紋面閉合與疲勞性能改善特性研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年18期

6 羅新民;張靜文;趙廣志;任旭東;張永康;;激光沖擊強(qiáng)化對(duì)2A02鋁合金疲勞行為的影響[J];中國(guó)激光;2009年12期

7 陳菊芳;張永康;許仁軍;;AM50鎂合金表面激光熔凝層的組織與耐蝕性能[J];中國(guó)激光;2008年02期

8 任旭東;張永康;周建忠;張興權(quán);魯金忠;;激光參數(shù)對(duì)Ti6Al4V鈦合金激光沖擊成形的影響[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2006年11期

9 胡永祥;姚振強(qiáng);;激光沖擊強(qiáng)化有限元仿真時(shí)間步長(zhǎng)選擇方法[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2006年10期

10 花銀群,陳瑞芳,楊繼昌,張永康,殷俊林;40Cr鋼表面激光復(fù)合強(qiáng)化機(jī)理研究[J];中國(guó)激光;2005年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 葉作彥;新型鋁合金的腐蝕行為及表面改性的影響[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

2 葛茂忠;AZ31B變形鎂合金及其焊接件激光沖擊處理研究[D];江蘇大學(xué);2013年

3 羅開(kāi)玉;激光沖擊不銹鋼抗腐蝕性能及微觀(guān)強(qiáng)化機(jī)理研究[D];江蘇大學(xué);2012年

4 魯金忠;激光沖擊強(qiáng)化鋁合金力學(xué)性能及微觀(guān)塑性變形機(jī)理研究[D];江蘇大學(xué);2010年

5 張興權(quán);金屬板料激光噴丸成形機(jī)制研究與數(shù)值分析[D];江蘇大學(xué);2007年

6 顧永玉;金屬板料激光沖擊成形的理論研究[D];江蘇大學(xué);2007年

7 何立子;Al-Mg-Si系合金組織性能[D];東北大學(xué);2001年

本文編號(hào)：2785929