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激光冲击强化与表面织构协同作用对活塞环-缸套副摩擦性能的影响
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作者 钟林 陈俊名 +3 位作者 王国荣 康桂蓉 魏刚 廖文玲 《表面技术》 北大核心 2025年第11期63-73,共11页
目的针对储气库压缩机活塞环-缸套副的磨粒磨损和黏着磨损失效,创新性地提出利用激光冲击强化与表面织构协同来提升PTFE/42CrMo活塞环缸套副的润滑及耐磨性能的新方法。方法针对42CrMo缸套试样,首先采用脉冲能量为5 J、光斑直径为3 mm... 目的针对储气库压缩机活塞环-缸套副的磨粒磨损和黏着磨损失效,创新性地提出利用激光冲击强化与表面织构协同来提升PTFE/42CrMo活塞环缸套副的润滑及耐磨性能的新方法。方法针对42CrMo缸套试样,首先采用脉冲能量为5 J、光斑直径为3 mm、脉冲宽度为10 ns、搭接率为50%的激光工艺参数进行冲击强化处理;其次,在冲击强化后的42CrMo试样表面,采用激光烧蚀出直径约800μm、深度约100μm、面积比20%的均布圆形凹坑。基于UMT高频线性往复模块,在模拟载荷200 N、频率5 Hz、固相粉尘粒径10~20μm、质量分数1%的ISO VG 32润滑油浸没环境下,开展PTFE/42CrMo活塞环缸套副单元摩擦磨损试验研究,以摩擦因数、磨损量和磨损形貌等特征综合分析评价织构、激光冲击强化和二者协同作用下配对副的摩擦学性能。结果在模拟测试工况下,未作处理试样的平均摩擦因数为0.1406,总磨损量为1.188 mg,而经激光冲击强化与表面织构协同作用后,试样的平均摩擦因数为0.0699,总磨损量为0.670 mg,协同作用可使PTFE/42CrMo活塞环缸套副的摩擦因数降低约50%,耐磨性能提升了约43%,主要归因于织构可捕捉储存磨损产生的磨粒及激光强化可降低黏着磨损的协同作用,另一方面,激光冲击强化作用产生的表面残余压应力能够中和激光烧蚀织构区域的部分残余拉应力,从而有效消除了织构边缘的热效应缺陷,表面硬度的提升有效提升了配对副的抗磨性能。结论该研究为储气库压缩机复杂介质条件下活塞环-缸套副润滑及耐磨性能的提升提供了创新的解决思路。 展开更多
关键词 PTFE/42CrMo摩擦副 激光冲击强化 表面织构 协同作用 摩擦性能
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L-PBF制造GH3536热处理与激光冲击强化复合调控
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作者 刘怡 方学伟 +1 位作者 汤可鑫 黄科 《焊接学报》 北大核心 2025年第1期15-23,共9页
文中针对激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,L-PBF)制造的GH3536样品,采用了不同的后处理工艺,并对其微观组织、力学性能和残余应力进行了分析.结合激光冲击强化技术,开展了构件表面残余应力调控,探究了热处理与激光冲击强化工艺... 文中针对激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,L-PBF)制造的GH3536样品,采用了不同的后处理工艺,并对其微观组织、力学性能和残余应力进行了分析.结合激光冲击强化技术,开展了构件表面残余应力调控,探究了热处理与激光冲击强化工艺顺序对残余应力的影响.结果表明,热处理中巨大的冷却应力撕裂了部分孔隙,同时,热处理不能完全消除构件表面约为+90 MPa的残余拉应力.随着冲击次数增加,残余应力的改善效果更显著,冲击两次后构件近表面呈现残余压应力状态,约为−350 MPa.相比在热处理前进行激光冲击强化,在热处理后进行强化更有利于残余拉应力的调控,从而实现性能的综合提升.文中研究结果为GH3536构件的增材制造及后处理工艺提供了新的思路,同时为其在航空航天领域的工程应用奠定基础. 展开更多
关键词 激光粉末床熔融 GH3536 激光冲击强化 热处理 力学性能
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激光冲击强化下泵头体材料表面残余应力演化仿真及试验研究
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作者 周思柱 杨子彧 +1 位作者 李林 曾云 《现代制造工程》 北大核心 2025年第6期1-10,共10页
聚焦压裂泵泵头体这一油气开采关键部件的使用寿命问题,采用激光冲击强化技术对泵头体材料30CrNi2MoVA进行表面处理,通过数值模拟和试验验证相结合的方式研究了不同光斑搭接率(30%、50%和70%)对材料表面残余应力分布及力学性能的影响规... 聚焦压裂泵泵头体这一油气开采关键部件的使用寿命问题,采用激光冲击强化技术对泵头体材料30CrNi2MoVA进行表面处理,通过数值模拟和试验验证相结合的方式研究了不同光斑搭接率(30%、50%和70%)对材料表面残余应力分布及力学性能的影响规律。采用仿真的方法分析了激光冲击强化前后泵头体内腔的应力分布情况,并结合材料的S-N曲线计算了疲劳寿命。结果表明,利用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)试验测得光斑搭接率为30%、50%和70%的表面残余压应力值分别为-690、-666和-567 MPa,随着光斑搭接率的增大,残余压应力和影响层深度减小;光斑搭接率为30%条件下残余压应力影响层深度达1.580 mm,较其他条件下显著增加;仿真结果与试验之间的误差依次为6.5%、6.2%和8.8%,表明数值模拟结果具有较高的可靠性。同时,光斑搭接率为50%对材料的力学性能提升最为显著,该条件下材料的延伸强度和抗拉强度分别提高了5.3%和3.6%。泵头体内腔的最大等效应力值由激光冲击强化前的599 MPa降低至505 MPa,疲劳寿命由处理前的123651次增加至398107次。该研究为激光冲击强化技术在压裂装备领域的应用提供了重要的理论依据和工艺参考,对提升泵头体使用寿命具有积极意义。 展开更多
关键词 激光冲击强化 残余应力 光斑搭接率 X射线衍射试验
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激光冲击强化对螺旋锥齿轮接触应力峰值的影响分析
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作者 何国旗 彭凌杰 +3 位作者 谢远昊 吴旭 张展展 黄梁 《塑性工程学报》 北大核心 2025年第8期210-220,共11页
为了探究激光冲击强化对螺旋锥齿轮接触应力峰值的影响,基于Abaqus建立了螺旋锥齿轮激光冲击强化以及啮合仿真模型,分析了激光功率密度与搭接率对齿面残余应力分布规律的影响以及降低齿面接触应力的机制。仿真结果表明,激光冲击强化可... 为了探究激光冲击强化对螺旋锥齿轮接触应力峰值的影响,基于Abaqus建立了螺旋锥齿轮激光冲击强化以及啮合仿真模型,分析了激光功率密度与搭接率对齿面残余应力分布规律的影响以及降低齿面接触应力的机制。仿真结果表明,激光冲击强化可在齿面引入残余压应力层,由于冲击强化区域为曲面,导致激光能量沿平行齿面方向较分散、沿垂直齿面方向集中;同时,激光压力波在传播中沿垂直方向的能量传递路径较短,使能量损失比沿平行方向小,因此在垂直齿面方向(沿S22方向)的引入残余压应力高于平行齿面方向(沿S11方向);在激光峰值压力为4.0 GPa、搭接率为75%、两排光斑的工况下,在齿面强化中能有效控制残余应力空洞现象,获得最佳强化效果。经激光冲击强化处理后,啮合过程中齿面的接触应力与Mises等效应力峰值均降低了11%,因此激光冲击强化引入的残余压应力可有效抵消啮合过程中外部载荷产生的拉应力,从而显著降低齿面接触应力峰值。 展开更多
关键词 激光冲击强化 残余压应力 螺旋锥齿轮啮合 接触应力
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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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2195-T8铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织演变与激光冲击强化
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作者 沈可心 张思聪 +3 位作者 赵玥 李权 万占东 吴爱萍 《焊接学报》 北大核心 2025年第5期19-25,共7页
为了研究2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能特点并试图加以改善,采用不同参数焊接了6.5 mm厚的2195-T8铝锂合金试板,使用OM,EBSD和TEM等手段观察并分析了搅拌摩擦焊接头各区域的组织变化,通过显微硬度分析、拉伸试验和数字图像相... 为了研究2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能特点并试图加以改善,采用不同参数焊接了6.5 mm厚的2195-T8铝锂合金试板,使用OM,EBSD和TEM等手段观察并分析了搅拌摩擦焊接头各区域的组织变化,通过显微硬度分析、拉伸试验和数字图像相关技术(digital image correlation,DIC)等方法测试并讨论了接头的性能特点.结果表明,2195-T8铝锂合金的搅拌摩擦焊在试验参数范围内能稳定获得成形良好的接头,强度系数达到70%、断后伸长率达到7%;搅拌摩擦焊接头内各区域发生了强化相的损失,焊核区的T_(1)相和θ'相完全溶解,形成β'/δ'相;焊核区和轴肩影响区在拉伸试验中发生应变集中;对焊缝进行双面激光冲击强化(laser shock peening,LSP)处理后,接头屈服强度提升51 MPa,且断裂路径从焊核区变为热力影响区外侧,改变后断裂位置对应于硬度测试中的最低硬度区域. 展开更多
关键词 铝锂合金 搅拌摩擦焊 微观组织 力学性能 激光冲击强化
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激光冲击强化TC17钛合金叶片高周疲劳强度评估模型
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作者 尚一博 伏宇 +8 位作者 张璇 周留成 何云 沈庆阳 王晨 易敏 何卫锋 张学宝 高伟思 《表面技术》 北大核心 2025年第11期184-194,共11页
目的预测和评估激光冲击强化TC17钛合金叶片的高周疲劳强度。方法测试表面激光强化后的硬度和残余应力分布,开展拉伸和振动疲劳试验,分析硬度和残余应力演化规律,基于内部疲劳极限理论和临界距离理论,建立考虑表面完整性的强化叶片疲劳... 目的预测和评估激光冲击强化TC17钛合金叶片的高周疲劳强度。方法测试表面激光强化后的硬度和残余应力分布,开展拉伸和振动疲劳试验,分析硬度和残余应力演化规律,基于内部疲劳极限理论和临界距离理论,建立考虑表面完整性的强化叶片疲劳极限预测模型,结合有限元模态数值仿真,对表面强化后的钛合金叶片高周疲劳强度进行预测。结果板状拉伸试样的疲劳试验结果表明,表面强化后钛合金材料的疲劳极限提升13.41%。模拟叶片试样的弯曲振动疲劳试验结果表明,表面强化后叶片的疲劳极限提升7.77%。基于内部疲劳极限理论,结合硬度和残余应力试验结果,确定危险点位于距表面80μm处。针对危险点处,基于临界距离理论开展叶片疲劳极限预测,模型预测精度误差不超过15%。结论表面激光强化可以有效提升TC17钛合金材料和叶片的高周疲劳极限。本文建立的表面强化叶片疲劳极限预测模型,能够精确预测具有复杂曲面结构的表面强化叶片的高周疲劳极限,可以为喷丸强化、激光强化、激光冲击+喷丸复合强化等多种强化方式的叶片疲劳性能评估提供参考。 展开更多
关键词 钛合金叶片 激光冲击强化 高周疲劳 临界距离理论 内部疲劳极限理论 强度评估
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激光冲击强化对Inconel 625合金表面形貌及微观组织的影响
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作者 贾智 衡亚博 +3 位作者 姬金金 汪彦江 孙璇 杨佩瑶 《材料工程》 北大核心 2025年第5期226-235,共10页
通过激光冲击强化(laser shock peening,LSP)技术调控Inconel 625合金表面微观组织,优化表面形貌。采用激光扫描共聚焦显微镜、电子背散射衍射(EBSD)显微镜以及透射电子显微镜(TEM)等方法表征其微观组织,并利用维氏显微硬度计分析其硬... 通过激光冲击强化(laser shock peening,LSP)技术调控Inconel 625合金表面微观组织,优化表面形貌。采用激光扫描共聚焦显微镜、电子背散射衍射(EBSD)显微镜以及透射电子显微镜(TEM)等方法表征其微观组织,并利用维氏显微硬度计分析其硬度变化。结果表明:在适当的LSP技术下能够消除冲击凹坑,提升表面质量。在LSP作用下,微观组织呈梯度变化,表层微观结构转变为超细层、超细晶等结构,且主要以亚结构与变形晶粒为主,而过渡层为变形晶粒及再结晶组织。随着深度的加深,变形晶粒减少,而再结晶晶粒增多。对5次LSP的合金几何必须位错ρ_(GND)进行定量分析发现:表层ρ_(GND)为2.91×10^(14) m^(-2),原始层为0.61×10^(14) m^(-2),LSP后表层位错密度提升。位错密度的变化导致显微硬度发生转变,显微硬度随LSP次数增加而增加,随深度的加深而减小。LSP过程改变了大小角度晶界占比,对Inconel 625合金晶界强化贡献符合Hall-Petch关系。 展开更多
关键词 Inconel 625合金 激光冲击强化 表面形貌 微观组织
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激光冲击强化机理及其在航空构件上的应用
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作者 曹晓蝶 李莹华 +6 位作者 杨玉奇 丁旺旺 陈俊 吴嘉俊 赵吉宾 乔红超 赵永杰 《表面技术》 北大核心 2025年第8期1-15,共15页
航空构件因服役环境恶劣、应力条件复杂等因素,常常发生疲劳断裂,这严重影响了航空发动机的安全可靠性。激光冲击强化技术因其具有在材料表层引入超过1 mm的微观组织形变层和残余压应力层,并能极大提高材料的力学性能、提升金属零部件... 航空构件因服役环境恶劣、应力条件复杂等因素,常常发生疲劳断裂,这严重影响了航空发动机的安全可靠性。激光冲击强化技术因其具有在材料表层引入超过1 mm的微观组织形变层和残余压应力层,并能极大提高材料的力学性能、提升金属零部件的疲劳寿命等特点,自诞生之日起便引起了广泛的关注,在航空发动机零部件的生产和修理中实现了批量化应用并取得了巨大的效益。首先概述了激光冲击强化的基本原理,分析了激光冲击强化对材料力学性能和微观组织演变规律的影响,揭示了激光冲击强化在提升金属零部件残余压应力、硬度、拉伸性能和疲劳性能等力学性能方面的显著优势。材料力学性能的变化和微观组织演变主要得益于激光冲击强化过程中等离子体诱导冲击波的应力效应,并就其微观组织演变过程总结激光冲击强化机制。此外,将深入讨论激光冲击强化在典型航空零部件方面的应用情况,分析总结了不同类型航空结构件的激光冲击强化特点与研究进展,探讨了激光冲击强化技术提升航空发动机系统安全可靠性方面的重要作用,旨在为进一步提升航空部件的综合性能提供理论参考。 展开更多
关键词 激光冲击强化 航空构件 力学性能 微观组织演变
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激光冲击强化与热处理对电弧增材制造镍铝青铜性能影响
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作者 刘铄涵 戴宁 +1 位作者 程筱胜 KULADEEP Rajamudili 《南京航空航天大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期517-526,共10页
围绕电弧增材制造(Wire arc additive manufacturing, WAAM)镍铝青铜(Nickel-aluminum bronze,NAB)的显微组织演变及力学性能调控,结合激光冲击强化(Laser shock peening, LSP)与退火热处理工艺,分析了不同处理条件下材料的微观结构及... 围绕电弧增材制造(Wire arc additive manufacturing, WAAM)镍铝青铜(Nickel-aluminum bronze,NAB)的显微组织演变及力学性能调控,结合激光冲击强化(Laser shock peening, LSP)与退火热处理工艺,分析了不同处理条件下材料的微观结构及表面力学性能演变机制。结果表明:LSP处理后材料表层晶粒显著细化,显微硬度由182 HV提升至223.5 HV,同时表面形成最高达572 MPa的残余压应力层;后续热处理通过静态再结晶机制优化了晶相组织,利用LSP引入的位错能量促进晶界重构,在保留近表面硬化特性的同时,使材料表层硬度整体提升至202 HV,并显著消除了残余应力。本文旨在为WAAM NAB的表面强化策略提供参考,拓展LSP与热处理在增材制造金属材料中的应用潜力。 展开更多
关键词 激光冲击强化 电弧增材制造 镍铝青铜 热处理 微观组织 力学性能
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激光冲击强化加工路径对齿轮钢表面力学性能影响规律研究
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作者 薛成 雷敦财 +3 位作者 颜雪源 臧顺来 董红涛 游志伟 《航空材料学报》 北大核心 2025年第1期62-69,共8页
对于齿轮类航空发动机附件传动系统零件,复杂的工作环境对齿轮表面抗疲劳和耐磨性能提出更高要求。激光冲击强化技术通过使材料表面发生剧烈塑性变形,引入残余压应力,同时提升表面硬度。均匀的残余应力场和表面硬度分布对提升零件疲劳... 对于齿轮类航空发动机附件传动系统零件,复杂的工作环境对齿轮表面抗疲劳和耐磨性能提出更高要求。激光冲击强化技术通过使材料表面发生剧烈塑性变形,引入残余压应力,同时提升表面硬度。均匀的残余应力场和表面硬度分布对提升零件疲劳寿命和耐磨性尤为重要,因此,如何获得均匀的残余压应力场和硬度分布,是激光冲击强化工艺研究的一个重要方面。本工作提出一种4层搭接激光冲击强化加工路径方案,采用有限元数值模拟和实验相结合方法,分析激光冲击强化后残余应力和显微硬度力学性能参数的特征。采用有限元数值模拟方法,对多点冲击9310齿轮钢材料的残余应力空间分布均匀性进行研究。采用实验方法,分析激光能量和冲击次数对9310齿轮钢材料残余应力和显微硬度的影响。结果表明,4层搭接激光冲击强化加工路径方案,能够获得较均匀的表面残余压应力场;随着激光能量和冲击次数增加,表面残余应力和显微硬度也随之增大,但增加幅度会减少,表现出一定饱和趋势。 展开更多
关键词 激光冲击强化 有限元法 残余应力 多点冲击
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激光冲击强化对增材制造镁合金表面完整性的影响
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作者 王文泉 赵新甜 +2 位作者 于文慧 郑宏宇 王宗申 《表面技术》 北大核心 2025年第11期173-183,共11页
目的改善增材制造镁合金的表面完整性。方法利用激光冲击强化技术对选区激光熔化制备的AZ91镁合金板材进行不同冲击次数的表面后处理。通过扫描电子显微镜与激光共聚焦显微镜、显微硬度测量和残余应力测试分析,分别评价增材制造镁合金... 目的改善增材制造镁合金的表面完整性。方法利用激光冲击强化技术对选区激光熔化制备的AZ91镁合金板材进行不同冲击次数的表面后处理。通过扫描电子显微镜与激光共聚焦显微镜、显微硬度测量和残余应力测试分析,分别评价增材制造镁合金的表面形貌及粗糙度、显微硬度和残余应力水平,并通过光学显微镜、电子背散射衍射和X射线衍射对增材制造镁合金的微观组织和气孔缺陷进行分析。结果激光冲击强化后,试样表面未熔颗粒及其团聚现象得到改善,表面区域平整光滑,粗糙度随冲击次数的增加逐渐降低(由初始的15.47μm降低至8.87μm),降幅约43%;表面显微硬度由103.04HV提高至160.81HV,提高幅度约为56%,截面显微硬度沿深度方向呈梯度分布且在冲击2次时最为显著,影响深度约为400μm;表面残余压应力由初始的3.52 MPa增至24.02 MPa。同时,激光冲击强化试样内部孔洞缺陷数量大幅下降且孔洞形态发生改变,并在近表层形成梯度微观结构与晶粒细化。结论在激光诱导的高温高压等离子体冲击波的力学效应与热效应的共同作用下,增材制造镁合金试样的表面完整性得到显著改善。 展开更多
关键词 激光冲击强化 选区激光熔化 增材制造 AZ91镁合金 表面完整性 缺陷调控
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激光冲击强化对FV520B钢疲劳寿命的影响
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作者 金丹 刘壮 +2 位作者 郭超越 李卓群 孙梦莹 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期280-286,共7页
为提高叶轮的使用寿命,对叶片的抗疲劳性能提出了更高的要求,激光冲击强化(LSP)处理是提高材料抗疲劳性能的重要途径。针对FV520B钢棒状试样进行LSP试验和不同应变幅值下的单轴低周疲劳试验,并进行疲劳寿命预测。结果表明,LSP后试样的... 为提高叶轮的使用寿命,对叶片的抗疲劳性能提出了更高的要求,激光冲击强化(LSP)处理是提高材料抗疲劳性能的重要途径。针对FV520B钢棒状试样进行LSP试验和不同应变幅值下的单轴低周疲劳试验,并进行疲劳寿命预测。结果表明,LSP后试样的表面硬度由330 HV提升至490 HV,且LSP后试样表面产生约−90 MPa的残余压应力。相比于未冲击试样,LSP试样的疲劳寿命均有所提高,±0.5%应变幅值下试样的疲劳寿命提高132.2%。SEM结果表明,LSP后试样表面产生的残余压应力抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展,裂纹萌生位置由试样表面向次表面转移,且疲劳条纹的间距和韧窝尺寸减小,从而延长了试样的疲劳寿命。采用Manson-Coffin方程针对光滑试样和LSP试样进行疲劳寿命预测,总的来说,对于光滑试样预测结果与试验结果吻合较好;对于LSP试样,预测的疲劳寿命偏保守。考虑残余压应力的影响针对Manson-Coffin方程进行修正,得到了较好的预测结果。研究结果可为FV520B材料LSP处理工艺和疲劳失效研究提供理论依据。 展开更多
关键词 激光冲击强化 低周疲劳 残余应力 疲劳断口 疲劳寿命预测
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循环流化床锅炉受热面激光表面强化技术研究进展
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作者 张德运 郑亚风 +5 位作者 安原龙 王贺超 冯亦武 张盼盼 张群莉 姚建华 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第7期172-184,共13页
随着工业化进程的加速,循环流化床(Circulating Fluidized Bed,CFB)锅炉作为关键的能源转换设备,在众多工业应用中发挥着至关重要的作用。然而,CFB锅炉的受热面在长期运行中常遭受磨损和腐蚀,这不仅降低了运行效率,还缩短了其使用寿命... 随着工业化进程的加速,循环流化床(Circulating Fluidized Bed,CFB)锅炉作为关键的能源转换设备,在众多工业应用中发挥着至关重要的作用。然而,CFB锅炉的受热面在长期运行中常遭受磨损和腐蚀,这不仅降低了运行效率,还缩短了其使用寿命。为了应对这一挑战,激光表面强化技术以其显著的优势,逐渐成为提升锅炉受热面性能的有效解决方案。综合评估了激光表面强化技术在提高CFB锅炉受热面耐磨和耐蚀性能方面的有效性,并对其在工业应用中的潜力和面临的挑战进行了深入探讨。首先概述了激光表面强化技术的基础原理和关键方法,包括激光淬火、激光重熔、激光合金化、激光冲击强化和激光熔覆等。这些技术能够在材料表面形成具有高硬度和高耐磨性的涂层,从而显著延长锅炉部件的使用寿命,增强其可靠性。进一步地,分析了这些技术在实际工业应用中的效果,证实了激光表面强化技术不仅能显著提升材料的表面硬度和耐磨性,还能通过产生残余压应力层来增强材料的耐腐蚀性。此外,该技术还具备非接触性、强可控性和强化效果显著等优点。尽管如此,激光表面强化技术在推广过程中仍面临一些挑战,包括对工艺参数的精确控制、成本控制以及技术的复杂性等。针对这些挑战,未来的研究将集中于技术的优化,包括开发高精度自动化控制系统、研究新型合金粉末和添加剂,以及探索更经济高效的激光设备和技术方案。文章还探讨了激光表面强化技术在工业环境中的适应性及其潜在的创新应用前景,为学术.界提供了新的交流视角,并对未来的发展趋势进行了展望,指出了研究方向。随着技术的持续进步和成本的降低,预计激光表面强化技术将在工业领域获得更广泛的应用,对提升能源转换效率和促进环境保护具有重要意义。综上所述,激光表面强化技术为CFB锅炉受热面的改进提供了一种有效的策略,有望在未来的工业应用中发挥更加关键的作用,为实现能源的高效利用和环境的可持续发展做出积极贡献。 展开更多
关键词 循环流化床锅炉 耐磨耐蚀 激光淬火 激光重熔 激光合金化 激光冲击强化 激光熔覆
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激光冲击强化对外物损伤叶片前缘的疲劳强度影响研究 被引量:1
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作者 陆炜鑫 胡殿印 +5 位作者 鄢林 毛建兴 郭小军 单晓明 张永康 王荣桥 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期201-209,共9页
为研究激光冲击强化对某型离心叶轮外物损伤后疲劳强度的影响,设计了反映真实叶片前缘部位的特征模拟件,并结合空气炮法模拟外物损伤,对比有/无激光冲击强化模拟件的高周疲劳试验结果,发现经激光冲击强化处理后,模拟件的疲劳强度提高约... 为研究激光冲击强化对某型离心叶轮外物损伤后疲劳强度的影响,设计了反映真实叶片前缘部位的特征模拟件,并结合空气炮法模拟外物损伤,对比有/无激光冲击强化模拟件的高周疲劳试验结果,发现经激光冲击强化处理后,模拟件的疲劳强度提高约37%。同时,开展了激光冲击强化以及外物损伤后的残余应力/应变场数值仿真,结合Kitagawa-Takahashi(K-T)图法建立了考虑外物损伤与激光冲击强化的疲劳强度预测方法,与试验结果相比平均误差为7.3%,验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 离心叶轮 叶片前缘 外物损伤 激光冲击强化 疲劳强度 K-T图法
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激光冲击强化对ZL205A铝合金组织及性能的影响 被引量:1
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作者 邢泽宙 鲁辉虎 +5 位作者 沈兴全 辛志杰 赵宇芳 秦皓 韩建杉 杨冰 《精密成形工程》 北大核心 2024年第8期77-84,共8页
目的研究激光冲击强化处理对ZL205A铝合金表面完整性和力学性能的影响规律,改善材料的残余应力状态,提高材料的力学性能。方法利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪对激光冲击前后试样的表面形貌与微观组织进行分析,通过... 目的研究激光冲击强化处理对ZL205A铝合金表面完整性和力学性能的影响规律,改善材料的残余应力状态,提高材料的力学性能。方法利用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪对激光冲击前后试样的表面形貌与微观组织进行分析,通过显微硬度、纳米压痕和拉伸性能测试方法,对ZL205A铝合金激光冲击处理前后试样的硬度、纳米硬度和拉伸性能进行评价。结果ZL205A铝合金经过激光冲击处理后,表面粗糙度增加至(3.798±0.46)μm,同时在表层形成深度约为5μm、平均晶粒尺寸为100nm的纳米级晶粒,形成梯度结构。在基体表层引入了较大的残余压应力,最大残余应力达到–140.2MPa,表面显微硬度由(146.6±5.64)HV0.1增加至(173.8±8.87)HV0.1,经过纳米压痕测试可知,材料截面最大弹性模量为2.49GPa,极限抗拉强度、屈服强度、延伸率均增加,材料的力学性能得到提高。结论激光冲击强化处理使ZL205A铝合金表层发生塑性变形,细化了表层晶粒组织,提高了ZL205A铝合金基体的残余压应力、显微硬度、弹性模量,并有效提高了ZL205A铝合金的力学性能。 展开更多
关键词 ZL205A铝合金 激光冲击强化 表面形貌 微观组织 残余应力 力学性能
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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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激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99组织及性能的影响
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作者 何佳琪 乔红超 +3 位作者 张楠楠 赵吉宾 陆莹 杨玉奇 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期146-155,共10页
目的解决镍基单晶高温合金航空发动机涡轮叶片在服役时发生表面损伤的问题,探究激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99的强化变形机制。方法采用高功率(8J)短脉冲激光分别对试样进行1、2、3次表面强化,使用白光干涉仪、显微硬度仪、X射... 目的解决镍基单晶高温合金航空发动机涡轮叶片在服役时发生表面损伤的问题,探究激光冲击强化对镍基单晶高温合金SRR99的强化变形机制。方法采用高功率(8J)短脉冲激光分别对试样进行1、2、3次表面强化,使用白光干涉仪、显微硬度仪、X射线分析仪对强化前后的镍基单晶高温合金试样表面形貌、粗糙度、显微硬度、残余应力进行测试,通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪分析激光冲击强化对镍基单晶高温合金微观组织和物相组成的影响。结果经过1、2、3次激光冲击后,单晶高温合金试样表面发生了塑性变形,表面凹坑随着冲击次数的增加逐渐加深,表面粗糙度分别为1.566、1.868、2.265μm,显微硬度分别增加了15.3%、25.8%、32.1%,表面残余压应力分别提高为–790、–870、–917MPa。经强化后,试样表层形成了畸变层,γ′相的面积和体积分数均增大,合金未发生相变,但两相发生了严重的晶格畸变,晶格常数和晶面间距的变化导致两相晶格发生失配,经强化后在试样表层γ′强化相、γ通道、γ/γ′界面观察到大量位错结构,此外还观察到贯穿γ′相、γ相的位错滑移带和致密的位错网络。结论激光冲击强化技术可使镍基单晶高温合金SRR99发生塑性变形,在其表层内部形成高密度位错网络结构,加工硬化效果显著,提高了基体表面的显微硬度和残余应力。 展开更多
关键词 激光冲击强化 单晶高温合金 力学性能 残余应力 微观组织
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基于人工神经网络的激光冲击复合强化残余压应力预测与分布调控
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作者 周远航 冯爱新 +4 位作者 韦朋余 张若楠 宋培龙 盛永琦 姚红兵 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期75-83,共9页
目的通过结合人工神经网络和激光冲击有限元仿真,以减少激光冲击强化最佳参数设计的迭代次数,提高参数优化效率。方法构建基于冲击波压力幅值的激光冲击强化Abaqus有限元模型。采用Vdload子程序与对应二次开发脚本形成光斑重叠区域残余... 目的通过结合人工神经网络和激光冲击有限元仿真,以减少激光冲击强化最佳参数设计的迭代次数,提高参数优化效率。方法构建基于冲击波压力幅值的激光冲击强化Abaqus有限元模型。采用Vdload子程序与对应二次开发脚本形成光斑重叠区域残余应力的初始数据集。建立人工神经网络(ANN)算法模型,采用测试集对ANN模型进行测试,对超参数进行优化,对比分析不同机器学习算法的R2得分、MAE和RMSE。设计并优化镍铝青铜模型表面的残余应力大小与分布,对比分析经机器学习预测后的模型表面残余应力分布情况。结果经ANN预测整个面LSCP处理的模型表面形成了高达‒413 MPa的残余压应力,并且预测了均匀与非均匀的残余压应力分布;RMSE均方根误差仅为1.1891,既显示出较好的预测精度,又避免了模型的过拟合,保证了一定的泛化能力,模型综合性能远优于其他经典的ML算法回归模型。所预测的残余压应力分布模型均达到了较深的影响层深,且在1 Hz的脉冲重复频率下,最大效率达到了1.87 mm^(2)/s。结论激光冲击强化与机器学习的结合实现了易产生残余应力孔洞的镍铝青铜光斑重叠区域的最大残余压应力分布,且该方法优化出了整个表面的均匀与相对非均匀的残余压应力分布,为非均匀塑性应变引起镍铝青铜材料异质结构的形成开辟了新的设计途径。 展开更多
关键词 激光冲击复合强化 人工神经网络 复合强化 残余应力
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多点激光冲击强化50CrVA合金钢残余应力场的数值模拟 被引量:2
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作者 李晖 王宝钢 +1 位作者 蔡敏 杨军胜 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期85-92,共8页
基于ABAQUS/Explicit软件模块的显示动态分析方法,建立50CrVA合金钢激光冲击强化的有限元模型,对单点圆形光斑下松弛持续时间的收敛性进行研究,确定松弛持续时间,采用有限元模拟方法研究了圆形光斑多点激光冲击强化后冲击区域的残余应... 基于ABAQUS/Explicit软件模块的显示动态分析方法,建立50CrVA合金钢激光冲击强化的有限元模型,对单点圆形光斑下松弛持续时间的收敛性进行研究,确定松弛持续时间,采用有限元模拟方法研究了圆形光斑多点激光冲击强化后冲击区域的残余应力分布,并与试验结果进行对比;采用该模拟方法分析了圆形和方形光斑单点激光冲击强化过程中应力波的分布与强化后残余应力的分布,以及多点激光冲击强化时激光功率密度、光斑形状对残余应力场的影响。结果表明:确定的松弛持续时间为0.0001 s;模拟得到圆形光斑多点激光冲击强化后残余压应力随深度的增大而减小,变化趋势与试验结果基本吻合,最大残余压应力的相对误差为6.8%,验证了有限元模型的准确性;在相同能量输入条件下,光斑的形状不会影响单点激光冲击强化后的残余应力场;随着平均激光功率密度的增加,最大残余压应力均增大;方形光斑多点激光冲击强化后的最大残余压应力(704 MPa)略高于圆形光斑多点激光冲击强化(692 MPa),方形光斑和圆形光斑多点激光冲击强化后的表面残余应力波动率分别为10.9%,12.9%,方形光斑多点激光冲击强化后的残余应力分布更均匀。 展开更多
关键词 多点激光冲击强化 50CrVA合金钢 光斑形状 残余应力 有限元模拟
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