本文選題：激光沖擊強(qiáng)化　切入點(diǎn)：不銹鋼　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：激光沖擊強(qiáng)化是一種高效的表面強(qiáng)化技術(shù),具有高能量、超高壓、超快速和超高應(yīng)變率的特性,激光沖擊使金屬材料表層獲得較高的位錯(cuò)密度,從而改善材料表面殘余應(yīng)力的分布狀態(tài),獲得一定深度的壓應(yīng)力層,提高材料的結(jié)構(gòu)疲勞特性、耐磨性以及應(yīng)力腐蝕性能。激光沖擊后金屬及合金材料表面的性能改善主要取決于表層金屬微觀組織的演變,本文開展的激光沖擊不銹鋼及焊接件力學(xué)性能與組織細(xì)化方面的研究,為激光沖擊不銹鋼及其焊接件的工業(yè)應(yīng)用提供了依據(jù)。本文主要開展了以下研究:不同次數(shù)單點(diǎn)激光沖擊在不銹鋼表面誘導(dǎo)的殘余應(yīng)力以及表面微觀組織的聯(lián)系研究、不同能量大面積激光沖擊不銹鋼的表面粗糙度與微觀組織演變的進(jìn)一步研究、激光沖擊不銹鋼焊接件應(yīng)力與應(yīng)變有限元分析研究、激光沖擊不銹鋼焊縫區(qū)微觀組織的演變規(guī)律研究。通過四個(gè)方面的深入研究獲得了以下結(jié)論與成果:(1)研究了不同次數(shù)單點(diǎn)激光沖擊不銹鋼表面殘余應(yīng)力以及表面微觀組織之間的聯(lián)系,同時(shí)探索了一種由單點(diǎn)到多點(diǎn)大面積激光沖擊獲得均勻表面殘余應(yīng)力的方法:三次單點(diǎn)激光沖擊后,光斑中心處的殘余壓應(yīng)力值以及其影響深度達(dá)到了一個(gè)峰值,殘余壓應(yīng)力值基本保持不變,殘余壓應(yīng)力的影響深度也達(dá)到了一個(gè)飽和值。隨著激光沖擊次數(shù)從一次增加到三次,原始粗晶分別被孿晶薄片,亞微米菱形纏結(jié)與三角狀纏結(jié)分割開來,從而得到細(xì)化晶粒。大面積激光沖擊光斑搭接率為50%時(shí),單個(gè)光斑內(nèi)大多數(shù)的區(qū)域被沖擊次數(shù)至少為3次,AISI304奧氏體不銹鋼試樣上表面區(qū)域出現(xiàn)了大量的亞微米三角狀纏結(jié),微觀組織細(xì)化更均勻。沖擊表面殘余應(yīng)力分布、微觀硬度以及彈性模量大幅提升,并且在激光沖擊延伸影響區(qū)域也趨于均勻。(2)進(jìn)一步研究了不同能量大面積激光沖擊對(duì)不銹鋼的表面粗糙度與微觀組織演變的影響,同時(shí)對(duì)激光沖擊與未沖擊試樣進(jìn)行了電子背散射(EBSD)分析并提出了四個(gè)方向機(jī)械孿晶交叉的晶粒細(xì)化機(jī)制:大面積激光沖擊增加了原始試樣的表面粗糙度,與3 J激光能量沖擊相比,采用6 J激光能量沖擊可以獲得一個(gè)相對(duì)光滑的表面,主要原因是6 J激光能量相對(duì)應(yīng)地可以獲得更大的有效變形區(qū)域。與原始試樣中60°取向角峰值9%的比例相比,3 J激光能量沖擊后取向角峰值比例為46%,6 J激光能量沖擊后取向角峰值比例為40%,大量的~60°111形變孿晶出現(xiàn)在AISI304奧氏體不銹鋼的激光沖擊強(qiáng)化層。這些現(xiàn)象表明大面積激光沖擊可以通過孿晶分割來細(xì)化AISI304奧氏體不銹鋼表層的原始粗晶。伴隨著機(jī)械孿晶的出現(xiàn),激光沖擊波誘導(dǎo)的塑性變形同樣導(dǎo)致了ε馬氏體的轉(zhuǎn)變。激光沖擊波誘導(dǎo)的塑性變形層中第四個(gè)方向的機(jī)械孿晶交叉第一次被發(fā)現(xiàn),激光沖擊波機(jī)械效應(yīng)下的基于四個(gè)方向機(jī)械孿晶交叉的晶粒細(xì)化機(jī)制被提出。(3)開展了激光沖擊強(qiáng)化不銹鋼焊接件的有限元分析研究,研究激光沖擊對(duì)不銹鋼焊接件表層的殘余應(yīng)力以及應(yīng)變的影響,為激光沖擊不銹鋼焊接件的試驗(yàn)研究提供理論依據(jù):脈沖能量越高,激光沖擊后焊接區(qū)、熱影響區(qū)以及基體區(qū)殘余壓應(yīng)力值都有所增加,而殘余壓應(yīng)力增加幅度隨著脈沖能量的增加反而有所降低;焊接件表面殘余壓應(yīng)力層厚度以及試樣截面中間部分的殘余拉應(yīng)力值也有所增加,同樣其增加幅度隨著脈沖能量的增加卻有所降低。脈沖能量越高,焊接件表面應(yīng)變峰值越高。60 ns后,激光誘導(dǎo)的沖擊波衰減消失,焊接件表面應(yīng)變也隨之減弱,三種脈沖能量沖擊誘導(dǎo)的應(yīng)變曲線變化趨勢(shì)基本一致。(4)在有限元分析的基礎(chǔ)上開展了激光沖擊不銹鋼焊接件焊縫區(qū)域微觀組織演變規(guī)律的研究,為激光沖擊不銹鋼焊接件獲得均勻微觀組織細(xì)化層提供理論與實(shí)踐指導(dǎo):大面積激光沖擊強(qiáng)化后,焊縫及基材表層區(qū)域的原始粗晶被細(xì)化,焊接金屬與基材金屬之間的交互結(jié)晶現(xiàn)象顯著提升。大面積激光沖擊誘導(dǎo)不銹鋼焊接件焊縫區(qū)域表層微觀組織細(xì)化的主要原因是由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的亞晶界將原始晶粒分割成細(xì)化晶粒。大面積激光沖擊強(qiáng)化后焊接區(qū)域表層晶粒內(nèi)部產(chǎn)生垂直方向與水平方向的亞晶界,隨著垂直方向與水平方向的亞晶界的不斷生成,晶粒內(nèi)部被兩個(gè)方向的亞晶界逐漸分割開,在后續(xù)的激光沖擊波作用下繼續(xù)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過程,原始柱狀晶最終演變成等軸細(xì)化晶粒。
[Abstract]:Laser shock peening is a kind of efficient surface hardening technology . It has the characteristics of high energy , ultra - high pressure , ultra - fast and ultra - high strain rate . The effects of large area laser shock on the surface roughness and microstructure evolution of stainless steel have been studied .

【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】：2017
【分類號(hào)】：TG665;TG404

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