本文選題：激光沖擊處理 + 7075鋁合金�。� 參考：《江蘇大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：7075鋁合金具有比強(qiáng)度高,易于加工等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、航海工程等行業(yè)的結(jié)構(gòu)件中,焊接是其被制成結(jié)構(gòu)件主要的連接方式之一。在實(shí)際工作中,所有結(jié)構(gòu)件都是要與周圍環(huán)境相互作用的,如飛機(jī)與潮濕的大氣環(huán)境、輪船與海水環(huán)境、發(fā)動機(jī)葉片與高溫環(huán)境等等。這些環(huán)境介質(zhì)與7075鋁合金及其焊接頭的相互作用會造成破壞和損傷,影響結(jié)構(gòu)的使用性能和壽命,導(dǎo)致整個產(chǎn)品失效。大多數(shù)的損傷和破壞都是從表面發(fā)生的,因此表面處理與改性是提高7075鋁合金抗環(huán)境損傷的重要手段。激光沖擊作為一種新型的表面改性技術(shù)具有熱影響小、效率高、可控性強(qiáng),綠色無污染等優(yōu)點(diǎn)。但國內(nèi)外激光沖擊鋁合金強(qiáng)化技術(shù)的研究主要集中在力學(xué)性能的研究,而且是常溫下性能測試研究的比較多。對于7075鋁合金及其焊接頭激光沖擊后抗腐蝕性能和耐高溫性能提高的機(jī)理目前還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識,因此研究激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)對7075鋁合金抗腐蝕(尤其是鹵環(huán)境)耐高溫等性能提高的工藝和機(jī)理具有重要的價值和實(shí)踐意義。本文根據(jù)7075鋁合金的靜態(tài)屈服強(qiáng)度,通過計算分析,結(jié)合GAIAR型Nd:YAG納秒高功率激光器參數(shù)范圍,通過對比測試沖擊后的表面完整性,對激光沖擊參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化參數(shù)(光斑直徑3mm、能量為9J、搭接率60%、脈寬10ns)對7075鋁合金進(jìn)行沖擊強(qiáng)化處理,借助現(xiàn)代測試分析手段對沖擊后的物相、微觀組織等進(jìn)行分析,研究激光沖擊細(xì)化晶粒、誘發(fā)高密度位錯的機(jī)理。測試激光沖擊前后7075鋁合金的抗環(huán)境損傷能力的變化,主要包括電化學(xué)腐蝕測試、應(yīng)力腐蝕測試、蠕變測試和高溫疲勞測試。采用等離子弧對7075鋁合金進(jìn)行焊接,制作了專用焊接夾具減小其焊接變形,獲得具有工程實(shí)用級別的焊接頭。利用優(yōu)化的沖擊參數(shù)(光斑直徑3mm、能量為6J、搭接率60%、脈寬12ns)對其激光沖擊處理,使焊接頭表面獲得0.3mm層深(1次沖擊)的殘余壓應(yīng)力層,焊縫區(qū)中心線處由50MPa殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化為-25MPa的殘余壓應(yīng)力。對于本身為壓應(yīng)力的熱影響區(qū),1次沖擊后殘余壓應(yīng)力增大1倍。接著對沖擊前后7075鋁合金焊接頭的微觀組織進(jìn)行分析,研究其殘余應(yīng)力轉(zhuǎn)換的微觀機(jī)理,測試激光沖擊后7075鋁合金焊接頭的抗環(huán)境損傷能力的變化,主要包括電化學(xué)腐蝕測試、應(yīng)力腐蝕測試、蠕變測試。通過對7075鋁合金及其焊接頭的上述實(shí)驗(yàn)研究和機(jī)理分析,獲得了以下創(chuàng)新成果：(1)確定了激光沖擊7075鋁合金誘導(dǎo)孿晶結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)范圍。建立了激光沖擊后晶粒尺寸、晶格顯微畸變和位錯密度的數(shù)學(xué)計算模型,該模型精確地描述了激光沖擊次數(shù)對7075鋁合金微觀組織結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,為激光沖擊強(qiáng)化工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇提供理論支持。(2)在激光沖擊強(qiáng)化提高7075鋁合金及其焊接頭抗電化學(xué)腐蝕能力方面獲得了豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和工藝參數(shù),發(fā)現(xiàn)了激光沖擊在提高7075鋁合金抗電化學(xué)腐蝕方面的優(yōu)越性：不僅能使試樣自腐蝕電位和點(diǎn)蝕電位正移,而且能使試樣極化曲線上出現(xiàn)電位范圍至712.9 mV的陽極鈍化區(qū)間,鈍化電阻比沖擊前提高了近30倍,從而大大提高7075鋁合金的抗腐蝕性。(3)摸索出了一套正確可行的激光沖擊實(shí)驗(yàn)參數(shù)與方法,利用其可以有效抑制應(yīng)力腐蝕裂紋萌生,阻止裂紋擴(kuò)展,提高7075鋁合金及其焊接頭的抗應(yīng)力腐蝕能力,使其伸長率、到達(dá)斷裂的時間、靜強(qiáng)度與沖擊前相比提高11.13%、20%、100%,把7075鋁合金焊接頭的腐蝕敏感指數(shù)由13.6%降為8.25%。(4)研究了激光沖擊提高7075鋁合金耐高溫性能的機(jī)理和工藝參數(shù),研究表明：激光沖擊強(qiáng)化可使7075鋁合金蠕變斷裂壽命提高2倍左右,在一定范圍內(nèi)有效抑制了7075鋁合金對溫度的敏感性；測試了不同沖擊工藝參數(shù)下7075鋁合金穩(wěn)態(tài)結(jié)束時的時間、應(yīng)變和應(yīng)變率,為鋁合金結(jié)構(gòu)件工程應(yīng)用檢修和蠕變時效成形提供了重要的理論參考。(5)利用激光沖擊的方法延長了7075鋁合金高溫疲勞壽命,使其壽命增長率最高達(dá)76.41%,建立了高溫殘余應(yīng)力釋放模型,有效解釋了激光沖擊提高7075鋁合金耐高溫性能的原因,為激光沖擊改善鋁合金高溫疲勞實(shí)踐應(yīng)用提供了理論支持。
[Abstract]:In this paper , the effects of laser shock peening on the corrosion resistance and high temperature resistance are studied . The effects of laser shock on the microstructure of 7070Al alloy and its welding head were studied . The results were as follows : ( 1 ) The effect of laser shock on the microstructure of 707Al alloy was improved .
The time , strain and strain rate at the end of the steady state of the aluminum alloy under different impact process parameters are tested , which provides an important theoretical reference for the application and maintenance of the aluminum alloy structural member engineering and the creep aging forming .
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG457.14;TG665

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本文編號：2099556