单晶镍基高温合金增材修复的定制化热处理

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作者 林弈安 王兆伟 +2 位作者 何卫锋 罗思海 陈凯 《中国材料进展》 北大核心 2025年第4期380-386,共7页

增材制造(3D打印)技术在镍基高温合金单晶叶片的修复领域展现出重要应用前景。该技术具有温度梯度大、冷却速度快等特点,有利于促进枝晶定向生长、实现枝晶组织细化,但是同时也容易产生高残余应力、高位错密度,从而在后续热处理与高温... 增材制造(3D打印)技术在镍基高温合金单晶叶片的修复领域展现出重要应用前景。该技术具有温度梯度大、冷却速度快等特点,有利于促进枝晶定向生长、实现枝晶组织细化,但是同时也容易产生高残余应力、高位错密度,从而在后续热处理与高温服役过程中引发再结晶、开裂等问题,造成极大的安全隐患。因此,需要对增材修复的镍基高温合金单晶开发定制化热处理研究。高温合金的标准热处理一般由超固相线固溶、时效等步骤组成。以增材修复高温合金单晶特有的微观组织为出发点,提出“筏化-回复”及“亚固相线固溶”策略,有效抑制再结晶及3D打印产生的杂晶晶粒生长,同时有效降低位错密度、释放应力、调控沉淀强化相组织,为实现单晶涡轮叶片的增材修复提供保障。 展开更多

关键词 镍基单晶高温合金 增材制造 热处理 回复 亚固相线固溶

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激光冲击强化对K4030高温疲劳性能影响 被引量：5

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作者 罗思海 周留成 +2 位作者 何卫锋 王学德 赖志林 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2014年第8期850-854,共5页

对K4030镍基高温合金涡轮叶片进行了激光冲击强化,研究了激光冲击诱导残余应力场分布、激光冲击引起的表层硬化以及在350℃、500℃和550℃保温下的热稳定性。实验结果表明:激光1次冲击在表层诱导了-625 MPa的残余压应力,影响深度大于1 ... 对K4030镍基高温合金涡轮叶片进行了激光冲击强化,研究了激光冲击诱导残余应力场分布、激光冲击引起的表层硬化以及在350℃、500℃和550℃保温下的热稳定性。实验结果表明:激光1次冲击在表层诱导了-625 MPa的残余压应力,影响深度大于1 mm,冲击次数越大,残余应力幅值和影响深度愈大;功率密度和冲击次数显微硬度有较大影响,激光冲击强化后,其显微硬度有大幅度提升,并形成了一定厚度的变形层,增加冲击次数或者增大功率密度都可提高其幅值,在550℃/60 min保温下,残余应力大部分松弛,但是激光冲击强化引起的表层硬化即诱导的微观组织变化具有良好的热稳定性。激光冲击强化提高涡轮叶片高温高低周疲劳寿命达2.4倍。激光冲击强化诱导的残余压应力和晶粒细化是镍基合金疲劳强度提高的主要原因。 展开更多

关键词 激光冲击强化 镍基合金 高温服役环境 高低周疲劳 残余应力 显微硬度

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无保护层激光冲击对K24镍基合金力学性能的影响 被引量：8

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作者 王学德 罗思海 +2 位作者 何卫锋 聂祥樊 焦阳 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期126-131,共6页

激光冲击强化是一种有效提高材料疲劳强度的表面处理技术。针对K24镍基高温合金模拟叶片特点,文中提出采用无保护层激光冲击强化进行表面处理。同时采用X射线衍射、显微硬度计表征了不同参数冲击下材料截面残余应力和显微硬度变化规律,... 激光冲击强化是一种有效提高材料疲劳强度的表面处理技术。针对K24镍基高温合金模拟叶片特点,文中提出采用无保护层激光冲击强化进行表面处理。同时采用X射线衍射、显微硬度计表征了不同参数冲击下材料截面残余应力和显微硬度变化规律,并利用高周振动疲劳试验验证其强化效果。结果表明:无保护层激光冲击强化处理后在材料表层形成一定数值的残余压应力,冲击1、3、5次后表面残余应力分别为-428、-595、-675 MPa,影响深度分别约为110、150、160μm;显微硬度冲击一次后提升了29.2%,影响深度约为60μm。采用不等应力冲击后K24镍基合金模拟叶片疲劳强度由原始试件的282 MPa提高到327 MPa,提高了16%。 展开更多

关键词 无保护层激光冲击强化 K24镍基合金 残余应力 显微硬度 疲劳强度

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不同冲击次数下激光冲击对TC11钛合金的影响研究 被引量：9

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作者 王学德 聂祥樊 +2 位作者 罗思海 李启鹏 徐大力 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2013年第9期997-1001,共5页

利用激光冲击强化技术对TC11钛合金进行处理,通过电子透射显微镜、残余应力测试仪和显微硬度计分别分析了TC11钛合金激光冲击前后微观组织、残余应力和显微硬度的影响。实验结果表明:表面微观组织在不同冲击次数下呈现出位错密度-位错胞... 利用激光冲击强化技术对TC11钛合金进行处理,通过电子透射显微镜、残余应力测试仪和显微硬度计分别分析了TC11钛合金激光冲击前后微观组织、残余应力和显微硬度的影响。实验结果表明:表面微观组织在不同冲击次数下呈现出位错密度-位错胞-纳米晶的细化过程,且纳米晶随着冲击次数增加而变得更加细小、均匀;材料表面产生了-540 MPa以上的残余压应力,且显微硬度也得到显著提高,幅度达到20%左右,不同次数下硬度影响深度由600μm增至1200μm。 展开更多

关键词 TC11钛合金 激光冲击强化 纳米晶 残余应力

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激光冲击钛合金薄壁件动态响应及残余拉应力形成机制 被引量：4

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作者 田乐 聂祥樊 +4 位作者 罗思海 王育虔 何卫锋 李一鸣 李翔 《空军工程大学学报（自然科学版）》 CSCD 北大核心 2018年第3期7-12,共6页

为探究激光冲击薄壁件时残余拉应力的形成机制,利用ABAQUS软件对0.5mm钛合金薄壁件激光冲击条件下的冲击波作用规律和材料动态响应规律展开研究。结果表明,冲击波在薄壁件内反射时交替形成高数值拉伸波和压缩波,在压缩波和拉伸波的耦合... 为探究激光冲击薄壁件时残余拉应力的形成机制,利用ABAQUS软件对0.5mm钛合金薄壁件激光冲击条件下的冲击波作用规律和材料动态响应规律展开研究。结果表明,冲击波在薄壁件内反射时交替形成高数值拉伸波和压缩波,在压缩波和拉伸波的耦合作用下应力分布混乱并呈现"多峰"特点,形成了峰值为426 MPa、厚度达0.125mm的拉应力层,且最大残余拉应力位于表面处。基于冲击波反射规律揭示了薄壁件中残余拉应力的形成机制,并通过增加试件厚度以降低反射拉伸波强度发现5mm厚试件内最大残余拉应力仅为70 MPa,且表面处的拉应力转化为了压应力,从而提出了通过导波等方式控制应力波反射强度的薄壁件残余应力调控方法。 展开更多

关键词 激光冲击强化 残余拉应力 薄壁件 冲击波

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激光喷丸与渗铝复合工艺提高K417合金力学性能研究 被引量：2

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作者 焦阳 何卫锋 +4 位作者 孙岭 周留成 聂祥樊 罗思海 李靖 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第8期2274-2279,共6页

对渗铝、渗铝后强化、强化后渗铝的K417合金试件分别进行振动疲劳试验。试验结果表明,相对于渗铝处理,强化后渗铝试样的疲劳强度提高了50%,而渗铝后强化试样的疲劳强度提高了30%,这说明渗铝与激光喷丸强化复合工艺可以提高材料的疲劳性... 对渗铝、渗铝后强化、强化后渗铝的K417合金试件分别进行振动疲劳试验。试验结果表明,相对于渗铝处理,强化后渗铝试样的疲劳强度提高了50%,而渗铝后强化试样的疲劳强度提高了30%,这说明渗铝与激光喷丸强化复合工艺可以提高材料的疲劳性能,且强化后渗铝效果更好。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析激光喷丸强化与渗铝复合工艺顺序对材料力学性能的影响,讨论了疲劳性能的改善机理。结果表明,激光喷丸强化促进了渗铝过程,生成大量柱状晶,渗层厚度增加,渗层与基体的结合更加紧密,从而有效提升疲劳性能;而渗铝后强化主要对渗层表面进行了形变强化,疲劳性能的提升有限。 展开更多

关键词 复合工艺 激光喷丸强化 渗铝 K417合金 显微硬度

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激光冲击强化对FGH4098合金疲劳裂纹萌生和扩展影响研究 被引量：4

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作者 于泽 江荣 +5 位作者 章敬鹏 罗思海 尤超 刘建涛 张义文 宋迎东 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期245-254,共10页

金属材料表面进行激光冲击强化(LSP)对其疲劳裂纹萌生和扩展性能具有显著影响。本文对粉末高温合金FGH4098进行激光冲击强化,测定了强化层的显微硬度、残余应力、微观结构,结合室温三点弯曲疲劳试验和应力强度因子计算,研究了LSP前后粉... 金属材料表面进行激光冲击强化(LSP)对其疲劳裂纹萌生和扩展性能具有显著影响。本文对粉末高温合金FGH4098进行激光冲击强化,测定了强化层的显微硬度、残余应力、微观结构,结合室温三点弯曲疲劳试验和应力强度因子计算,研究了LSP前后粉末高温合金FGH4098在不同载荷下的疲劳裂纹萌生和扩展行为。结果表明:LSP可以明显提高FGH4098疲劳寿命,不同载荷水平下,LSP处理后的试样疲劳寿命分别提高40%和476%,且在较低水平载荷下抗疲劳效果更加明显;LSP改变了FGH4098合金疲劳裂纹萌生和扩展机制,裂纹萌生位置和扩展方向明显变化;LSP明显提高了FGH4098合金的疲劳裂纹萌生寿命,但残余应力松弛和LSP引起的加工硬化可能导致了疲劳小裂纹扩展速率加快。 展开更多

关键词 激光冲击强化 粉末高温合金 裂纹萌生 小裂纹扩展 残余应力

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微激光冲击提高TC17钛合金高周疲劳性能研究 被引量：3

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作者 薛丁元 何卫锋 +2 位作者 焦阳 周留成 罗思海 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1189-1194,共6页

针对钛合金薄构件激光冲击强化过程中由于在叶背部分冲击波反射与耦合降低残余压应力的问题,提出采用微激光冲击强化(μLSP)的方法对TC17钛合金进行强化,利用高周疲劳实验验证其改善效果,从残余应力和疲劳断口形貌观察两个方面讨论分析... 针对钛合金薄构件激光冲击强化过程中由于在叶背部分冲击波反射与耦合降低残余压应力的问题,提出采用微激光冲击强化(μLSP)的方法对TC17钛合金进行强化,利用高周疲劳实验验证其改善效果,从残余应力和疲劳断口形貌观察两个方面讨论分析疲劳性能改善的原因。实验结果表明:与未处理试件相比,微激光冲击强化试件疲劳强度提高了32%。微激光冲击在钛合金试件表层诱导产生一定数值,深度为100μm厚的残余压应力层;在残余压应力的作用下,疲劳裂纹源内移,同时在其疲劳断口扩展区中有疲劳条带和二次裂纹,这是微激光冲击后TC17钛合金试件疲劳性能改善的主要原因。 展开更多

关键词 激光技术 微激光冲击强化 TC17钛合金 高周疲劳 残余压应力

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GH4169高温合金激光冲击强化后残余应力场分析 被引量：3

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作者 杜吉强 张宏建 +2 位作者 于子强 罗思海 崔海涛 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期303-310,共8页

为了提高大面积激光冲击强化数值模拟效率及计算精度,本文采用Johnson-Cook模型,分析了激光冲击作用下镍基高温合金GH4169的残余应力分布,并设计试验进行对比。结果表明,单点冲击条件下,表层残余应力最大值随着激光脉冲能量的增大而增大... 为了提高大面积激光冲击强化数值模拟效率及计算精度,本文采用Johnson-Cook模型,分析了激光冲击作用下镍基高温合金GH4169的残余应力分布,并设计试验进行对比。结果表明,单点冲击条件下,表层残余应力最大值随着激光脉冲能量的增大而增大,残余应力最大值在空间中的分布形成一个残余应力“波谷”。多点冲击条件下,残余应力最大值也与激光脉冲能量呈正相关,沿冲击点中心路径的表面残余应力分布在开始阶段表现出类似“正弦”特征。对试验件进行了残余应力测试,在激光脉冲能量为3J,4J,5J时的残余应力平均值分别为627.45MPa,776.94MPa,860.25MPa,分别提升了24%和11%,在三种脉冲能量下,残余应力测试值均与有限元模拟结果较为接近。 展开更多

关键词 激光冲击强化 GH4169高温合金 有限元仿真 残余应力场 Johnson-Cook模型

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轴向磁场下感应耦合放电模式转换的实验研究 被引量：2

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作者 马旺 李益文 +2 位作者 赵伟灼 魏小龙 罗思海 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期32-37,共6页

为探究轴向磁场对纯Ar感应耦合等离子体放电模式转换的影响,设计并搭建一整套等离子体产生装置展开实验研究,引入阻抗分析法对放电模式转换进行判断,并得到了朗缪尔探针法的验证。实验发现,当气压为10Pa时,轴向磁场强度的增加使得E-H和... 为探究轴向磁场对纯Ar感应耦合等离子体放电模式转换的影响,设计并搭建一整套等离子体产生装置展开实验研究,引入阻抗分析法对放电模式转换进行判断,并得到了朗缪尔探针法的验证。实验发现,当气压为10Pa时,轴向磁场强度的增加使得E-H和H-E模式转换的阈值功率增大;同时,随着轴向磁场的增强,放电中心区域的电子密度不断降低。初步分析认为,这是由于带电粒子在洛伦兹力作用下做回旋运动,导致高能电子在垂直磁场方向上的碰撞减少,降低了电子密度以及感应耦合效率。进一步分析电子能量概率函数(EEPF)发现,在E模式下,轴向磁场对电子运动的约束作用更加明显,高能电子(>27eV)所占比例增多,电子能量分布更加均匀。 展开更多

关键词 感应耦合等离子体 轴向磁场 模式转换 阻抗分析 电子密度

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激光冲击强化对加力燃烧室火焰探测器焊缝的影响

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作者 田增 王亚洲 +1 位作者 罗思海 李国杰 《航空发动机》 北大核心 2022年第1期97-102,共6页

为了研究激光冲击强化(LSP)后加力燃烧室火焰探测器焊缝位置异常开裂原因,采用X射线衍射方法和金相方法对激光冲击强化效果进行分析,并利用扫描电子显微镜对断口进行了观察。在Abaqus有限元分析软件中建立了与观察到的焊缝缺陷相似的有... 为了研究激光冲击强化(LSP)后加力燃烧室火焰探测器焊缝位置异常开裂原因,采用X射线衍射方法和金相方法对激光冲击强化效果进行分析,并利用扫描电子显微镜对断口进行了观察。在Abaqus有限元分析软件中建立了与观察到的焊缝缺陷相似的有限元模型,对焊缝缺陷的LSP处理及冲击波传播过程进行了模拟分析。试验结果表明:具有较好材料完整性的区域经LSP处理后,表面会预置较大残余压应力,同时表面金属晶粒得到细化,疲劳裂纹会在焊缝缺陷位置萌生和扩展。有限元分析结果表明:存在分层缺陷的焊缝经LSP强化后,冲击波会在分层缺陷处产生反射,造成分层位置发生开裂,形成裂纹源造成疲劳开裂。根据试验和仿真分析结果,为提升火焰探测器焊缝激光冲击抗疲劳效果,建议优化焊接工艺,提高焊接质量。 展开更多

关键词 复火焰探测器 激光冲击强化 疲劳开裂 有限元仿真 加力燃烧室 航空发动机

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