航空钛合金的激光冲击研究

介绍了用激光冲击处理航空材料钛合金TC4提高其力学性能的技术.当利用强激光冲击钛合金表面时,涂层表面形成高幅值冲击波.在冲击波的高压作用下,钛合金表面发生微塑性变形,形成高幅值残余压应力层.激光冲击后,表面压应力层厚度达1 mm以上,压应力达200 MPa以上.随着激光能量的增加,冲击区域的残余应力有增大的趋势,在功率密度由1 GW/cm2增加到5 GW/cm2过程中,其冲击波峰值处的压力线性增加,表面最大残余压应力也相应线性增加;在功率密度为2 GW/cm2时,残余压应力随着次数增加而升高,而且表面硬度也大大提高,从而有效地改善了材料的机械性能,大幅度提高航空材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀性能.     

激光冲击处理对小孔构件残余应力场的影响

采用高功率 Nd：glass 激光器对 LY12CZ 铝合金小孔构件表面进行激光冲击强化处理,并对冲击区域进行残余应力场的测试与分析。结果显示,在激光功率密度为1．75 GW/cm2和光斑直径为6 mm 的强激光冲击作用下,冲击区域产生了残余压应力场,层深约1．2 mm,表面最大残余应力为-57 MPa,厚度方向上最大残余应力为-36 MPa。优化后的激光冲击处理工艺参数能够获得较好的残余应力场。     

激光冲击强化对Ti2AlNb合金微观组织及残余应力的影响

Ti2AlNb(O-Ti2AlNb)具有优异的力学性能,在航空发动机方面有远大应用前景.激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)是一种先进的表面改性技术,能够在材料表面诱导产生高幅值、大深度的残余压应力,改善材料微观组织,提高材料抗疲劳、高温氧化等性能.本文采用激光冲击强化对Ti2AlNb合金进行表面改性,并研究其组织演变、残余应力以及高温环境对性能的影响.结果表明:激光冲击强化能够显著减小Ti2AlNb合金近表面的晶粒尺寸.显微硬度由冲击前的350 HV提升到395 HV;在冲击区域近表面产生了约-377 MPa的残余压应力;而在高温环境中,由激光冲击强化所诱导的材料近表面残余应力随时间逐渐释放,在600℃条件下,残余应力释放较为缓慢;而在720℃条件下,残余应力迅速释放.     

激光冲击强化对TC4电子束焊缝机械性能的影响

利用高功率重复率Nd：YAG激光对TC4钛合金电子束焊缝进行了冲击强化处理，研究了激光冲击强化处理过程中改变激光功率密度对电子束焊缝残余应力分布和表面层硬度的影响．试验结果表明，当激光脉冲能量为45．9J时，激光光斑直径Ф9mm，残余应力基本不发生变化，而激光光斑直径小于Ф3mm，焊缝残余应力分布变化显著，并随着激光光斑直径的减小，残余压应力的数值增大更加明显．当激光冲击的功率密度大于18GW／cm^2时，激光冲击强化处理使电子束焊缝区的残余应力改变明显，改善了焊缝残余应力的分布；当激光冲击的功率密度大于12GW／cm^2时，激光冲击强化处理使电子束焊缝区的表面层硬度明显改变，改善了焊缝区域硬度的分布，有利于提高TC4钛合金焊缝区的机械性能．     

激光冲击TC4残余应力场的试验及有限元分析

为提高钛合金的疲劳强度,采用Nd:Glass强脉冲激光对TC4钛合金表面进行冲击强化处理,采用X射线应力仪对冲击区的残余应力场进行测试,并采用ABAQUS有限元仿真软件对其残余应力场进行分析计算.结果表明,激光冲击使材料表面残留较大幅度的残余压应力,当激光功率密度为3 GW.cm-2时,表面残余压应力值高达400 MPa,残余压应力层的深度约为0.6 mm.有限元分析结果与试验测试值有较好的一致性.不同激光功率密度下残余应力场的有限元分析结果表明,激光功率密度大于1.6 GW.cm-2,冲击区将产生残余压应力,随着功率密度的增加,残余压应力增加并趋于饱和,分析结果可为激光冲击工艺参数的优化提供理论依据.     

激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金性能的提高

对TC4钛合金的熔覆试样进行激光冲击强化试验,比较了激光冲击强化前后试样的显微硬度、表面残余应力、显微组织和疲劳性能.TC4钛合金熔覆后,修复区表面残余拉应力为225 MPa,激光冲击强化消除了熔覆产生的拉应力,产生了449 MPa的残余压应力,在基体残留的压应力高达672 MPa;激光冲击强化后,修复区硬度由强化前的333 HV提高到381 HV.TEM显示:3次冲击后,在TC4材料表面形成了纳米晶层.对强化前后的激光熔覆试样进行高周疲劳试验,结果表明:激光冲击强化提高熔覆后钛合金疲劳强度达15.8%.经分析,冲击后细化晶粒和残余压应力对高周疲劳性能的提高起到了关键作用.     

激光冲击强化对熔覆后TC4钛合金性能的提高

对TC4钛合金的熔覆试样进行激光冲击强化试验,比较了激光冲击强化前后试样的显微硬度、表面残余应力、显微组织和疲劳性能.TC4钛合金熔覆后,修复区表面残余拉应力为225 MPa,激光冲击强化消除了熔覆产生的拉应力,产生了449 MPa的残余压应力,在基体残留的压应力高达672 MPa;激光冲击强化后,修复区硬度由强化前的333 HV提高到381 HV.TEM显示:3次冲击后,在TC4材料表面形成了纳米晶层.对强化前后的激光熔覆试样进行高周疲劳试验,结果表明:激光冲击强化提高熔覆后钛合金疲劳强度达15.8％.经分析,冲击后细化晶粒和残余压应力对高周疲劳性能的提高起到了关键作用.     

30CrMnSiNi2A高强度钢激光冲击强化试验研究

利用激光冲击强化工艺对30CrMnSiNi2A高强度钢进行1次冲击试验,然后在优选的搭接率下进行了2次重复冲击处理,并对试件表面残余压应力进行了测量和对比.结果显示经激光冲击强化处理后试件表面具有较高的残余压应力,可达-1 250 MPa.最后对高强度钢激光冲击强化处理下的残余压应力影响层进行了预测.     

激光诱导残余应力的试验

对激光诱导残余应力的机理进行了分析研究.用波长1.06μm、脉宽23 ns、功率密度108~109W/cm2的脉冲激光冲击外形尺寸为30 mm×30 mm×5.5 mm的LY12CZ试样,研究了激光能量密度和冲击次数对残余应力分布的影响,并将激光诱导的残余应力与传统的机械喷丸形成的残余应力进行比较.结果表明:残余压应力随着激光能量密度的加大而加大,残余压应力层的深度随着冲击次数的增加而增加,激光诱导的残余压应力层的深度是传统机械喷丸形成的3~4倍.     

激光冲击强化恒弹合金3J58的力学性能

对3 J58恒弹合金试样进行激光冲击强化处理,采用纳米压痕技术测定了激光冲击区域、冲击影响区域和未冲击区域的纳米硬度和弹性模量,并对不同区域的残余应力进行测试.研究结果表明:激光冲击区域和冲击影响区域的纳米硬度、弹性模量和表面残余应力分布都有明显的改善.     

激光超声表面波检测薄板残余应力的数值模拟

应用ABAQUS有限元软件模拟了脉冲激光激发的超声表面波在半无限大弹性薄板内的传播.首先把激光激励等效为作用在薄板表面的高斯分布的脉冲载荷,模拟输入的超声信号,在边界处采用无限单元来消除边界反射波对接收信号的干扰,接收到的表面波信号具有典型的表面波特点.其次,通过修正弹性模量的方法得到薄板在单向应力状态下的应力场,采用时差法得到表面波在应力区的传播速度,所得的数值结果和理论解与实验结果拟合良好,为激光超声检测残余应力提供了一种有效的数值方法.     

激光冲击钛合金薄壁件动态响应及残余拉应力形成机制

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。     

激光冲击718镍铬合金残余应力场试验及有限元分析

为提高718镍铬合金的疲劳强度,采用Nd:Glass强脉冲激光对其表面进行冲击强化处理.经X射线应力仪测试冲击区的残余应力场,利用Abaqus有限元软件,以Johnson-Cook(JC)模型作为本构关系,对其残余应力场进行分析计算.通过试验结果与仿真分析的对比,说明激光冲击能形成残余压应力层、提高疲劳寿命,选择JC模型作为本构关系是可行的,但由于应变率的差异,必须对JC模型材料参数数值进行优化,才能取得较精确的结果,并从激光冲击次数对残余应力场的分析进一步加以验证.结果表明,所提的JC模型材料参数优化方法简单易行.     

曲轴三维有限元模型节点载荷信息的计算机辅助生成

根据曲轴的结构和受力特征,通过数学计算公式推导和计算机辅助方法,将作用在轴颈上的分布力主轴颈端上的弯矩和扭矩自动转换成节点力。该方法速度快捷、精度高,适用于单缸机和多缸机的单拐曲柄和整体曲轴。文中给出了一台四缸柴油机曲轴的计算实例。     

35CrMo曲轴热成形材料模型的研究

本文通过对大型曲轴用钢３５ＣｒＭｏ 的热力模拟试验和数据处理,探讨了曲轴弯曲镦锻的热成形机制,研究了变形温度、应变速率等参量对３５ＣｒＭｏ 钢应力应变关系和再结晶特征的影响。建立了该类钢热成形的材料模型、给有限元数值模拟曲轴弯曲镦锻热成形过程提供了基本数据,也为大型曲轴热成形力能参数和温度制度的合理确定提供了科学依据。材料模型的确定,对于研究热成形实质,预报与控制工艺质量和产品质量乃至新工艺开发都有重要意义。     

SiO2-B2O3-ZrO2陶瓷涂层的制备及性能

采用料浆法以水玻璃为粘结剂在不锈钢基体表面制备了主要组成为SiO₂-B₂O₃-ZrO₂的陶瓷涂层。利用XRD、TG-DTA、SEM分析了陶瓷涂层的相组成及显微组织，并测试了涂层的抗热震性能和显微硬度。结果表明，当陶瓷骨料(g)与水玻璃(mL)的比例为1∶20时,在850℃下保温30min可得到结构致密的陶瓷涂层；在800℃下涂层经热震31次无裂纹，无脱落，表面显微硬度达到456.8MPa；所制备的陶瓷涂层与不锈钢基体之间不仅有机械物理的嵌合，还存在元素扩散，涂层与基体密着性好，结合紧密。     

机器人用RV减速器曲柄轴弯曲应力分析

对RV减速器曲柄轴进行受力分析,提出曲柄轴弯曲应力分析的理论计算模型。基于有限元法,利用ANSYS APDL建立RV减速器装配体有限元分析模型,模型中考虑了关键零部件之间的接触,行星轮、曲柄轴承以及摆线轮的变形和曲柄轴承间隙,使曲柄轴弯曲应力分析更符合工程实际。对比分析理论计算结果和有限元分析结果,总结出每个曲柄轴最大弯曲应力发生的位置及曲柄轴弯曲应力的影响因素,为曲柄轴结构参数优化提供理论依据。