激光沖擊強化技術(shù)是通過高能量等離子體沖擊波作用在金屬靶材表面,誘導(dǎo)靶材表面發(fā)生超高應(yīng)變率的塑性變形,從而得到強化后的靶材材料,該技術(shù)具有綠色、成本低、效率高等優(yōu)點。目前,銅合金應(yīng)用范圍很廣,但原材料的性能很難滿足現(xiàn)代社會產(chǎn)品生產(chǎn)及應(yīng)用所提出的要求,所以需要對銅合金進(jìn)行再次加工,提高其實際應(yīng)用能力。本文利用數(shù)值模擬和實驗相互結(jié)合的方法研究了激光沖擊強化黃銅樣品的強化過程和強化機理,探究激光沖擊強化提高黃銅樣品的耐腐蝕性和力學(xué)性能,并分析其中的原因。首先,介紹激光誘導(dǎo)等離子體沖擊波的產(chǎn)生、傳播和作用效果,針對激光沖擊強化建立理論模型,為數(shù)值模擬提供理論基礎(chǔ)。同時,利用ANSYS有限元分析平臺建立單點激光沖擊強化的仿真模型,完成前處理模塊各項的設(shè)定。其次,搭建激光沖擊強化實驗平臺,通過實驗和仿真結(jié)果相結(jié)合探究激光強化的塑性變形過程,分析激光能量對強化效果的影響規(guī)律。激光沖擊強化對黃銅表面力學(xué)性能有了一定的提高,并在黃銅表面產(chǎn)生了一層強化層。然后,進(jìn)行激光沖擊強化黃銅的空蝕性能研究,通過空蝕累積質(zhì)量損失、輪廓曲線和表面形貌來表征黃銅的抗空蝕性能。激光沖擊強化產(chǎn)生的強化層可以有效緩解空蝕裂紋的擴(kuò)... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

銅合金材料加工成的閥零部件Figure1-1Copperalloymaterialprocessingvalveparts

碩士學(xué)位論文6料殘余應(yīng)力分布以及應(yīng)變深度的變化規(guī)律。從微觀強化過程反映宏觀現(xiàn)象，并從結(jié)果來分析激光沖擊強化機理。（3）搭建激光沖擊強化實驗平臺和空蝕實驗系統(tǒng)。利用光學(xué)器件設(shè)計并搭建激光外光路，設(shè)計專用夾具保證加工的穩(wěn)定性，實行激光的良好參數(shù)（脈沖能量、激光搭接），實現(xiàn)大面積陣列強化結(jié)構(gòu)的制備，比較不同能量參數(shù)下的強化程度，并分析其規(guī)律。將強化后的靶材進(jìn)行空蝕實驗，記錄不同的空蝕時間下靶材質(zhì)量，并通過測量材料表面的形貌、質(zhì)量損失和輪廓等來表征材料的抗空蝕性能。（4）研究在不同能量參數(shù)下激光沖擊強化對黃銅電化學(xué)腐蝕和力學(xué)性能的影響。通過電化學(xué)試驗站、摩擦磨損實驗和拉伸實驗來表征激光沖擊強化對黃銅性能的影響，以此來研究靶材自身性能提高與激光沖擊強化能量之間的關(guān)聯(lián)。圖1-2技術(shù)路線Figure1-2Technicalroute1.6本章小結(jié)（Summary）本章節(jié)介紹了選題的意義，詳細(xì)總結(jié)了激光沖擊強化技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，概述了空蝕現(xiàn)象的形成和抗空蝕材料的研究與應(yīng)用，并指出了目前激光沖擊強化和抗空蝕材料研究中存在的問題，從而制定了本文的研究內(nèi)容和技術(shù)路線，體現(xiàn)出激光沖擊強化技術(shù)強化靶材表面的可行性。

碩士學(xué)位論文8產(chǎn)生等離子體。由于高能量密度激光沖擊作用的時間較短，作用區(qū)域的表面溫度急速升高，產(chǎn)生的等離子體又發(fā)生爆炸并以沖擊波的形式四處擴(kuò)散。由于約束層的限制，往約束層傳遞的沖擊波會被反射傳遞向靶材，為沖擊強化塑性變形提供更多的沖擊力。圖2-1等離子體沖擊波產(chǎn)生示意圖Figure2-1Schematicofplasmashockwavegeneration由于沖擊波是等離子體爆炸形成的，從而激光能量在空間和時間上的分布對等離子體的形成具有一定的影響，并且對靶材表面塑性變形產(chǎn)生影響。根據(jù)Zhang和Yao的研究成果可知，激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的等離子體沖擊波在空間上符合高斯分布的規(guī)則，隨著距光斑中心的距離增加，該處的激光能量密度逐漸減弱，并且提出了等離子體沖擊波在光斑上的空間分布的公式[74]：,exp22rPrtPt2R（2-1）其中，()為時刻等離子沖擊波的沖擊壓力，為激光沖擊強化中激光光斑的半徑，為該位置與激光光斑中心的距離。此外，與沒有約束層相比較，該模型的約束層對等離子體傳播起到了保壓以及增壓的作用，因此強化過程中等離子體沖擊波有效作用時間為激光脈寬的3倍左右，并且沖擊波能量也是非線性的隨時間變化[75]。在理想的情況下，激光沖擊波向材料內(nèi)部作用是以彈性波和塑性波兩種形式，其中彈性波基本不起作用，一般不做考慮。起作用的沖擊波強度比材料的動態(tài)屈服強度大時，材料會發(fā)生表面改性的強化。雖然塑性波的傳遞速率可達(dá)光速級，但是傳遞過程中的塑性沖擊波呈指數(shù)式衰減。前面的分析可以得知沖擊波在約束層的幫助下有效作用的時間大約是激光脈寬的3倍，故如圖2-2所示為數(shù)值模擬仿真過程中激光沖擊強化沖擊壓力的加載曲線。其中，是激光脈寬，激光沖擊

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3526228