發(fā)布時間：2019-07-11 18:48

【摘要】：高能脈沖激光在約束模型條件下會產(chǎn)生高強沖擊波,在航空航天、汽車制造、發(fā)動機葉片強化等多個領域具有重要的工業(yè)應用,包括激光沖擊強化(LSP)、激光沖擊成形等。其中激光沖擊強化是激光沖擊波最重要的應用領域,它會使被沖擊材料的表層引入高幅、深度較大的殘余壓應力層,殘余壓應力的存在會大幅度提高工件處理表面的疲勞壽命。然而由于激光光斑對材料表層區(qū)域輻射時為了覆蓋更大面積的區(qū)域,則需要進行搭接處理。搭接光斑作用在材料表面時,會在作用區(qū)域產(chǎn)生塑性變形,留下微米量級的凹坑,增大材料的表面粗糙度。而影響零部件疲勞壽命的關鍵因素之一就是材料的表面質(zhì)量,主要涉及材料的表面形貌和表面粗糙度。本文主要針對激光沖擊強化后靶材的表面質(zhì)量和材料性能開展研究。并通過有限元仿真軟件對激光沖擊金屬材料發(fā)生塑性變形以及其中殘余應力場的變化這一動態(tài)過程進行數(shù)值計算和結(jié)果分析。研究成果和相關結(jié)論如下：(1)以T2紫銅為沖擊靶材,分別選用鋁箔膠帶、高分子黑膠帶、退火鋁箔和不退火鋁箔材料作為吸收層,水作為約束層,進行激光沖擊強化實驗。研究不同材料吸收層對激光沖擊后銅塊靶材的表面形貌改變,用光學顯微鏡觀察沖擊后靶材表面,發(fā)現(xiàn)當選用鋁箔膠帶作吸收層時,材料表面出現(xiàn)微缺陷;用分子黑膠帶作為吸收層時,表面形貌幾乎不發(fā)生改變,沖擊區(qū)域的表面質(zhì)量較高;退火鋁箔作為吸收層時,會因吸收層厚度過度燒蝕從而在材料表面觀察到焊覆在靶材表面的鋁箔;不退火鋁箔作為吸收層時,會破壞材料表面,因此不能作為吸收層。(2)光斑搭接率對激光沖擊強化的效果有著重要的影響。實驗選用30%,40%和50%三種不同光斑搭接率進行激光沖擊強化,實驗結(jié)果顯示,初始表面粗糙度較高的材料隨著光斑搭接率的提高,沖擊后材料的表面粗糙度會顯著降低,表面質(zhì)量較好。初始表面粗糙度較低的材料隨著光斑搭接率的提高,沖擊后材料的表面粗糙度會有所提高,表面質(zhì)量較差。(3)相同激光注入能量,不同激光沖擊方式也會對激光沖擊強化效果有影響。在激光沖擊強化實驗中設計了三種不同沖擊方式的實驗,分別探究了其對材料性能改變的影響。用顯微硬度儀對沖擊區(qū)域的深度方向的硬度進行了檢測,實驗結(jié)果表明將相同能量分兩次注入的沖擊方式得到的沖擊后硬度相比一次激光能量注入的沖擊方式有著明顯的提高。(4)借助Abaqus軟件對激光沖擊強化這一動態(tài)過程進行數(shù)值計算,分析了殘余應力場的形成過程和不同沖擊方式對殘余壓應力的影響以及不同沖擊方式對表面質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,第二次錯開的激光沖擊方式會進一步提高材料的殘余壓應力和表面粗糙度,因此合理的選擇沖擊方式對殘余應力和表面質(zhì)量的控制十分重要。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG665

【參考文獻】

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本文編號：2513390