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激光冲击强化对TC11钛合金应力松弛特性的影响
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作者 田子航 孙博宇 +2 位作者 金丹 乔红超 闵业钊 《航空制造技术》 北大核心 2025年第13期100-105,共6页
为探究TC11钛合金的应力松弛特性,本文采用有限元方法模拟激光冲击强化及应力松弛过程,分析功率密度、冲击次数和温度对TC11钛合金应力松弛的影响。采用SIA-LSP-23系列激光冲击强化系统和KSL-1700X-A2型高温炉进行激光冲击强化和应力松... 为探究TC11钛合金的应力松弛特性,本文采用有限元方法模拟激光冲击强化及应力松弛过程,分析功率密度、冲击次数和温度对TC11钛合金应力松弛的影响。采用SIA-LSP-23系列激光冲击强化系统和KSL-1700X-A2型高温炉进行激光冲击强化和应力松弛试验。温度573 K、功率密度5.09 GW/cm^(2)、冲击1次和3次时,残余应力试验数据和仿真结果误差均小于5%,模拟值与试验值吻合较好。在松弛温度为573 K时,功率密度的增加对应力松弛极限的提升效果比冲击次数的影响更显著,但应力松弛极限上升到159.5 MPa后基本不再变化,且应力松弛极限随温度升高而减小。 展开更多
关键词 激光冲击强化(lsp) TC11钛合金 残余应力场 应力松弛 数值模拟
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TC21钛合金回转体部件激光冲击强化残余应力数值模拟研究
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作者 刘仁志 孙汝剑 +4 位作者 张永鑫 崔向中 曹子文 郭伟 陈凯 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第18期73-81,共9页
针对某型飞机机身用TC21钛合金回转体部件激光冲击强化残余应力分布问题,采用有限元数值模拟方法系统研究了搭接率、激光能量、冲击次数对其径向、周向及轴向残余应力分布的影响。研究结果表明,激光冲击强化对残余径向应力几乎无影响,... 针对某型飞机机身用TC21钛合金回转体部件激光冲击强化残余应力分布问题,采用有限元数值模拟方法系统研究了搭接率、激光能量、冲击次数对其径向、周向及轴向残余应力分布的影响。研究结果表明,激光冲击强化对残余径向应力几乎无影响,仅对周向和轴向残余应力影响明显。低搭接率激光冲击下回转体芯部存在明显的应力集中,但会随着搭接率的增加而改善。激光冲击在回转体内部诱导的残余应力层深度对激光能量和搭接率不敏感,仅在提高冲击次数时出现一定的增加。TC21钛合金回转体部件最佳激光冲击强化工艺应选用50%搭接率和2次冲击,但激光能量需要根据部件的实际服役应力情况而定。 展开更多
关键词 激光冲击强化(lsp) 残余应力 数值模拟 TC21钛合金 回转体部件
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激光冲击强化对片层TC11钛合金组织和性能的影响 被引量:12
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作者 陈正阁 武永丽 +2 位作者 薛全喜 熊毅 王淏 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期343-352,共10页
目的提高TC11钛合金的使役性能,对LSP技术在钛合金航空构件上的推广应用提供试验依据和技术支撑。方法利用激光冲击强化(LSP)技术对片层组织的TC11钛合金进行表面纳米化处理,激光能量为6 J,脉宽为20 ns,光斑直径为3 mm,搭接率为50%。借... 目的提高TC11钛合金的使役性能,对LSP技术在钛合金航空构件上的推广应用提供试验依据和技术支撑。方法利用激光冲击强化(LSP)技术对片层组织的TC11钛合金进行表面纳米化处理,激光能量为6 J,脉宽为20 ns,光斑直径为3 mm,搭接率为50%。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线应力分析仪、显微硬度计及拉伸试验机对TC11钛合金LSP前后的微观组织及力学性能进行表征。结果经LSP处理后,在TC11钛合金表层形成了梯度纳米结构,其中外表层晶粒尺寸约为10 nm,形变层厚度约为200μm;在次表层组织中形成了大量位错缠结、形变孪晶及层错等晶体亚结构缺陷。LSP后钛合金表层存在着最大残余压应力(–267 MPa)和显微硬度值(425HV),且随着距表层距离的增大,相应的数值均呈现出逐渐减小的趋势。此外,LSP后TC11钛合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了19.4%、18.3%,但伸长率略有下降,断口形貌从典型的韧性断裂向准解理和韧性混合型断裂转变。结论在LSP作用下获得的梯度纳米结构和残余压应力的共同作用下,TC11钛合金获得了良好的强度–塑性匹配。 展开更多
关键词 激光冲击强化(lsp) TC11钛合金 梯度纳米结构 微观组织 力学性能 残余应力
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激光冲击强化改善增材制造金属疲劳性能 被引量:4
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作者 易敏 张璇 +3 位作者 胡文轩 周留成 刘士杰 郑大勇 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第20期38-49,共12页
激光冲击强化作为一种有效的金属表面改性技术,在提升增材制造金属疲劳性能及服役寿命方面,展现出了令人振奋的应用前景。本文首先简要介绍了激光冲击强化技术和增材制造技术的发展及分类,然后综述了激光冲击强化作为后处理方式改善增... 激光冲击强化作为一种有效的金属表面改性技术,在提升增材制造金属疲劳性能及服役寿命方面,展现出了令人振奋的应用前景。本文首先简要介绍了激光冲击强化技术和增材制造技术的发展及分类,然后综述了激光冲击强化作为后处理方式改善增材制造金属疲劳性能的研究进展,并从激光冲击强化调控表面附近的孔隙率、微观组织结构、残余应力等方面阐述了疲劳性能得以提升的机制;同时总结了激光冲击与增材制造复合工艺对增材制造金属疲劳性能的改善效果,并从表面残余压应力及其分布深度分析了疲劳性能大幅提升的原因;最后总结并展望了激光冲击强化在提升增材制造金属疲劳性能方面亟待开展的研究方向。 展开更多
关键词 激光冲击强化(lsp) 增材制造(AM) 疲劳性能 残余应力 微观结构
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激光冲击强化技术研究和多尺度模拟综述 被引量:2
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作者 宋世杰 杜欣 +3 位作者 赵建锋 周留成 阚前华 张旭 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第20期50-72,共23页
激光冲击强化技术是一种利用高功率密度和短脉冲的激光对材料表面进行强化处理的新型表面改性技术,能够在材料表面形成梯度纳米结构并产生有益的梯度残余压应力场,有效提高材料的力学性能。本文介绍了激光冲击强化技术的发展历史和研究... 激光冲击强化技术是一种利用高功率密度和短脉冲的激光对材料表面进行强化处理的新型表面改性技术,能够在材料表面形成梯度纳米结构并产生有益的梯度残余压应力场,有效提高材料的力学性能。本文介绍了激光冲击强化技术的发展历史和研究现状,并就该技术的应用前景进行了展望。随后,分析了激光冲击强化技术的原理,并分析了激光冲击诱导产生的残余应力和梯度纳米结构对材料的强化作用。综述了激光冲击强化技术对材料强韧性、抗疲劳性、耐磨性和抗应力腐蚀开裂能力的影响,最后从宏观、介观、细观、微观和纳观5个尺度介绍了激光冲击强化技术的多尺度模拟研究,并对比了不同尺度模拟手段的差异。 展开更多
关键词 激光冲击(lsp) 残余应力 梯度纳米结构 力学性能 多尺度模拟
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激光冲击近β型钛合金的室温拉伸和高周疲劳性能及其断裂机理 被引量:1
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作者 史蒲英 刘向宏 +5 位作者 王涛 王凯旋 李瑶 张丰收 何卫锋 李应红 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期58-65,166,共9页
目的提高近β钛合金的强度和高周疲劳性能。方法对两相区固溶时效热处理后的TB6和Ti55531钛合金锻态材料表面进行了激光冲击强化(LSP),并对强化前后的试样进行室温拉伸和高周疲劳试验。采用扫描电镜(SEM)对拉伸和高周疲劳断口进行了观... 目的提高近β钛合金的强度和高周疲劳性能。方法对两相区固溶时效热处理后的TB6和Ti55531钛合金锻态材料表面进行了激光冲击强化(LSP),并对强化前后的试样进行室温拉伸和高周疲劳试验。采用扫描电镜(SEM)对拉伸和高周疲劳断口进行了观察和分析。结果与未LSP的样品相比,LSP后TB6和Ti55531钛合金的抗拉强度(Rm)分别提高了25 MPa和25 MPa,提高比例分别为2.26%和2.02%;屈服强度(Rp0.2)分别降低了48 MPa和30 MPa,降低比例分别为4.58%和2.54%;断面收缩率(A)、延伸率(Z)和弹性模量略有提升。在低应力水平下,LSP后Ti55531合金的疲劳寿命高于TB6合金,而在高应力水平下,TB6合金具有略高于Ti55531合金的疲劳寿命。结论经过和未经LSP的TB6和Ti55531钛合金的拉伸断裂模式均为微孔聚集型韧性断裂与沿晶脆性断裂混合的断裂模式,表面激光冲击不改变其拉伸断裂模式,近β钛合金在不同应力状态的疲劳寿命差异与材料显微组织差异导致的疲劳裂纹萌生和扩展速率不同有关。 展开更多
关键词 激光冲击(lsp) 近Β型钛合金 拉伸性能 高周疲劳 断裂机理
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钛合金叶片模拟件激光冲击诱导层裂行为研究 被引量:1
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作者 孙汝剑 孟祥峰 +5 位作者 姜盎然 曹子文 王新宇 车志刚 吴俊峰 邹世坤 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第20期80-85,共6页
本文针对航空发动机叶片激光冲击诱导层裂问题,根据航空发动机压气机叶片设计具有特征叶型的叶片模拟件(叶面夹角为11°),探究其多次激光冲击下的层裂行为,并进一步利用不同厚度平板试样研究试样厚度以及光斑形状对层裂产生位置的... 本文针对航空发动机叶片激光冲击诱导层裂问题,根据航空发动机压气机叶片设计具有特征叶型的叶片模拟件(叶面夹角为11°),探究其多次激光冲击下的层裂行为,并进一步利用不同厚度平板试样研究试样厚度以及光斑形状对层裂产生位置的影响。研究结果表明,采用25 J、4 mm方形光斑冲击变厚度TC17钛合金叶片模拟件,冲击面出现凹陷变形,叶片宏观呈现翘曲变形,6次冲击后产生层裂,8次冲击后背面出现局部剥落。激光冲击诱导层裂与试样厚度正相关,随着试样厚度的增加,层裂产生的冲击次数阈值升高。然而,层裂的产生与否却与光斑形状无明显关系,圆形光斑和方形光斑均可诱导出层裂。层裂易产生于Cr和Sn等元素富集形成的软化区,激光冲击诱导层裂不仅与冲击波的传递特性有关,还可能与成分偏析、富集等材料缺陷相关。 展开更多
关键词 激光冲击(lsp) 钛合金 叶片模拟件 变厚度截面 平板试样 层裂
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激光冲击/喷丸复合强化对K4169铸造合金的表面完整性和疲劳性能的影响 被引量:5
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作者 罗学昆 张文灿 +4 位作者 吴波 田凯 王琨 王一鸣 王欣 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第11期57-62,共6页
K4169合金广泛应用于制造航空发动机静子部件。针对K4169合金高温疲劳性能提升的需求,对旋转弯曲疲劳缺口试样进行了激光冲击/喷丸复合强化处理。对比分析了单一喷丸与复合强化高温疲劳性能,并采用扫描电镜、白光干涉仪、X射线应力测量... K4169合金广泛应用于制造航空发动机静子部件。针对K4169合金高温疲劳性能提升的需求,对旋转弯曲疲劳缺口试样进行了激光冲击/喷丸复合强化处理。对比分析了单一喷丸与复合强化高温疲劳性能,并采用扫描电镜、白光干涉仪、X射线应力测量仪及显微硬度计等仪器分析了试样的疲劳断口、表面三维形貌、粗糙度、表面残余应力和显微硬度梯度,探讨了K4169铸造合金表面强化机制。结果表明,在647℃、450MPa条件下,复合强化表现出比单一喷丸更优异的疲劳寿命提升效果。复合强化后,疲劳裂纹源的数量下降,主裂纹源的萌生位置从表层转移至次表层,疲劳裂纹扩展速率下降。另外,表面微观应力集中系数Kt显著降低,从2.39降低至1.46,表面残余压应力显著提升,从–258MPa提高至–1140MPa,表层形成了深度约0.20mm的硬化层。这些表面完整性参数的变化是疲劳性能提升的重要原因。 展开更多
关键词 激光冲击(lsp) 喷丸(SP) 疲劳性能 残余应力 硬度
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激光冲击强化Al7050–T7451合金紧固孔的残余应力研究 被引量:2
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作者 帅仕祥 吴俊峰 +3 位作者 车志刚 曹子文 邹世坤 孙汝剑 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第9期103-109,共7页
为研究不同激光冲击强化轨迹对Al7050–T7451合金紧固孔残余应力的影响,改善紧固件疲劳寿命,采用ABAQUS有限元模型和生死单元技术,对Al7050–T7451合金紧固孔开展先强化后开孔和先开孔后强化的残余应力数值模拟试验研究。研究结果表明,... 为研究不同激光冲击强化轨迹对Al7050–T7451合金紧固孔残余应力的影响,改善紧固件疲劳寿命,采用ABAQUS有限元模型和生死单元技术,对Al7050–T7451合金紧固孔开展先强化后开孔和先开孔后强化的残余应力数值模拟试验研究。研究结果表明,4个十字交叉光斑激光冲击强化Al7050–T7451合金表面S;残余压应力数值模拟结果接近试验测试值,先强化后开孔数值模拟结果与试验测试值接近,验证模型正确性。与先开孔后强化相比,先强化后开孔Al7050–T7451合金紧固孔的表面S;残余压应力值更大。与2个横向光斑相比,2个纵向光斑激光冲击强化紧固孔的表面S;残余压应力值更大。与2个光斑相比,4个十字交叉光斑激光冲击强化紧固孔的表面S;残余压应力值更大。研究结果为改善激光冲击强化紧固孔疲劳寿命奠定基础。 展开更多
关键词 激光冲击强化(lsp) Al7050–T7451合金 数值模拟 紧固孔 残余应力
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基于ReliefF特征权重融合的激光冲击强化保护层烧损实时检测
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作者 张志芬 刘子岷 +3 位作者 秦锐 李耿 温广瑞 何卫锋 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2437-2445,共9页
激光冲击强化(LSP)作为一种新型的激光表面处理技术已应用于航空发动机、机匣等关键部件的强化延寿处理,确保LSP加工质量的一致性及稳定性对上述航空装备的长寿命服役具有重要意义。然而,在高能瞬态LSP过程中,保护层容易发生烧蚀破损,... 激光冲击强化(LSP)作为一种新型的激光表面处理技术已应用于航空发动机、机匣等关键部件的强化延寿处理,确保LSP加工质量的一致性及稳定性对上述航空装备的长寿命服役具有重要意义。然而,在高能瞬态LSP过程中,保护层容易发生烧蚀破损,极大地限制了LSP的工业应用。因此,通过分析激光诱导等离子体光谱信号,提出了一种基于ReliefF特征权重融合的LSP保护层烧损实时检测方法。以4 mm厚的7075铝合金为LSP靶材,以黑胶带为LSP保护层。首先,利用长波段范围的Ocean Optics-HR4000光谱仪和高分辨率的Princeton SP2750光谱仪同步采集LSP瞬态过程中产生的等离子体光谱信息;其次,根据Princeton SP2750光谱仪采集的高精度光谱信号,分别选取波长为394.40和396.15 nm的AlⅠ谱线以及波长为393.36和396.80 nm的FeⅠ谱线,提取其峰值强度与Stark展宽特征,然后结合ReliefF特征重要度筛选出对保护层烧损状态更加敏感的两条AlⅠ谱线,并且定性分析了AlⅠ谱线的峰值强度和Stark展宽对保护层烧损状态的敏感程度和瞬态变化规律;再次,基于ReliefF算法构造了一种融合多谱线特征信息的特征参数I-FWHM(Intensity-FWHM),然后基于特征类间距离,定量评估了各特征对三类烧损状态的区分能力;最后,结合阈值分割法实现了LSP保护层烧损实时检测。实验结果表明,峰值强度对于区分正常状态与轻微破损状态的能力很差,而对于区分轻微破损与完全破损的能力很强;Stark展宽对于区分正常状态与轻微破损状态的能力远优于强度,而对于区分轻微破损与完全破损的能力相对较弱。I-FWHM融合了上述单一特征的优点,能同时较好地区分三类烧损状态,因此对于LSP过程中保护层烧损状态的实时检测具有更强的抗干扰能力和更高的鲁棒性。 展开更多
关键词 激光冲击强化(lsp) 铝合金 等离子体发射光谱 ReliefF特征融合 实时检测
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Improvement of fretting fatigue lifetime at 500℃of GH 4169 dovetail component treated by nanosecond stacked femtosecond laser shock peening
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作者 FANG Xiu-yang WANG Zheng +4 位作者 GONG Jian-en WANG Zhi-guo CHEN Tai-li NI Jing CAI Zhen-bing 《Journal of Central South University》 2025年第7期2364-2382,共19页
The effects of nanosecond laser shock peening without coating(LSPwC)and nanosecond stacked femtosecond laser shock peening compound strengthening(LSP-CS)on the surface integrity and fretting fatigue lifetime at 500℃o... The effects of nanosecond laser shock peening without coating(LSPwC)and nanosecond stacked femtosecond laser shock peening compound strengthening(LSP-CS)on the surface integrity and fretting fatigue lifetime at 500℃of GH 4169 dovetail component were investigated.The results show that LSP treatment does not significantly lead to changes in the grain size of GH 4169 alloy,but it introduces a large number of dislocations,resulting in the formation of a plastic deformation layer and residual compressive stress layer.The surface microhardness increased by 20.5%and 28.6%after being treated by LSPwC and LSP-CS,respectively.The surface residual compressive stresses were(-306.5±42.5)MPa and(-404.3±34.7)MPa,respectively;The depth of both the hardening layer and the residual compressive stress layer is 400μm,and along the cross-section with 0-100μm region after LSP-CS treatment has higher hardness and greater residual compressive stress.The fretting fatigue lifetime of the GH 4169 dovetail component at 500℃was increased by 346.8%and 494.9%,which is the result of the combined effects of the hardening layer and the residual stress layer.The LSP-CS treatment can effectively make up for the disadvantage of the LSPwC treatment,and further enhance the fretting fatigue lifetime of the GH 4169 dovetail component at high temperature. 展开更多
关键词 GH 4169 dovetail lspwC lsp-CS fretting fatigue life high temperature
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