激光噴丸強化技術：在航空合金中的應用

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 激光噴丸強化抗常溫疲勞性能研究現狀 3
1.2.1 激光噴丸強化技術的工程應用 4
1.2.2 激光噴丸強化延壽機理研究 8
1.2.3 工藝參數對激光噴丸后疲勞特性的影響 9
1.2.4 激光噴丸疲勞裂紋擴展特性的數值模擬 15
1.3 激光噴丸強化抗高溫疲勞性能研究現狀 17
1.3.1 激光噴丸誘導殘余壓應力的高溫松弛 17
1.3.2 激光噴丸誘導的微觀組織高溫演變 19
1.3.3 激光噴丸抗高溫疲勞性能研究存在的問題 20
1.4 激光溫噴丸強化和深冷激光噴丸強化技術 21
1.4.1 激光溫噴丸強化技術 21
1.4.2 深冷激光噴丸強化技術 23
1.5 研究意義和主要內容 24
1.5.1 研究意義 24
1.5.2 研究內容 25
參考文獻 27
第2章 激光噴丸強化抗疲勞裂紋擴展延壽理論 36
2.1 疲勞裂紋擴展特性研究概況 36
2.2 線彈性斷裂力學中的基本概念 37
2.2.1 裂紋尖端彈性應力場和位移場 38
2.2.2 應力強度因子 40
2.2.3 裂紋擴展能量釋放率 41
2.2.4 能量釋放率與應力強度因子關系 42
2.3 疲勞裂紋擴展規(guī)律 43
2.3.1 疲勞裂紋擴展速率的斷裂力學描述 43
2.3.2 疲勞裂紋擴展的微觀機理 44
2.4 激光噴丸對疲勞裂紋擴展特性的影響 46
2.4.1 激光噴丸對應力強度因子的影響 46
2.4.2 激光噴丸對疲勞裂紋擴展閾值的影響 46
2.5 激光噴丸前后的疲勞裂紋擴展壽命估算 47
2.5.1 外加載荷誘導的應力強度因子K1 47
2.5.2 激光噴丸后殘余壓應力誘導的應力強度因子K2 48
2.5.3 未噴丸CT試樣的疲勞裂紋擴展壽命估算 50
2.5.4 激光噴丸后CT試樣的疲勞裂紋擴展壽命估算 50
2.6 裂紋張開位移準則 51
2.6.1 裂紋張開位移方法概述 52
2.6.2 裂紋張開位移試驗設計 53
2.7 激光噴丸后的疲勞斷口定量分析方法 55
2.7.1 斷口定量反推疲勞應力主要方法 56
2.7.2 斷口定量分析疲勞壽命的主要方法 57
2.7.3 疲勞條帶的測量方法 58
2.8 本章小結 59
參考文獻 60
第3章 激光噴丸強化6061-T6鋁合金試樣表面完整性研究 63
3.1 試驗材料及方法 63
3.2 納米硬度和彈性模量分析 66
3.2.1 納米壓痕測試設備及方法 66
3.2.2 表面不同區(qū)域的納米壓痕分析 67
3.2.3 深度方向的納米壓痕分析 70
3.2.4 不同噴丸次數下的納米壓痕分析 70
3.2.5 不同激光能量下的納米壓痕分析 71
3.3 表面形貌和粗糙度分析 72
3.3.1 表面形貌及粗糙度測試設備及方法 72
3.3.2 單點激光噴丸后的表面形貌 73
3.3.3 單點激光噴丸后的表面粗糙度 74
3.3.4 多點搭接激光噴丸后的表面形貌 76
3.4 殘余應力分析 79
3.4.1 殘余應力測試設備及方法 79
3.4.2 單面及雙面激光噴丸強化后的殘余應力分布 80
3.4.3 不同噴丸次數下沿深度方向的殘余應力 81
3.4.4 CT試樣激光噴丸誘導的殘余應力的分布 82
3.5 微觀組織分析 85
3.5.1 微觀組織性能測試設備及方法 85
3.5.2 單點激光噴丸后的微觀組織 86
3.5.3 多點搭接激光噴丸后的微觀組織 88
3.5.4 激光噴丸后微觀組織的演變機制及強化機理 90
3.6 本章小結 91
參考文獻 92
第4章 激光噴丸強化6061-T6鋁合金的疲勞裂紋擴展試驗 95
4.1 單聯中心孔試樣的疲勞拉伸試驗 95
4.1.1 試驗方法及測量設備 95
4.1.2 激光噴丸次數對疲勞壽命的影響 96
4.1.3 激光噴丸軌跡對疲勞壽命的影響 98
4.1.4 激光能量對疲勞壽命的影響 99
4.2 含預制裂紋CT試樣的疲勞裂紋擴展試驗 101
4.2.1 試驗方法及測量設備 101
4.2.2 不同激光能量下的疲勞裂紋擴展特性 103
4.2.3 不同噴丸軌跡下的疲勞裂紋擴展特性 106
4.3 CT 試樣裂尖張開位移和裂紋張開位移分析 110
4.4 疲勞裂紋擴展試驗結果與理論計算的對比 115
4.5 本章小結 117
參考文獻 118
第5章 激光噴丸強化6061-T6鋁合金的疲勞斷口形貌分析 120
5.1 單聯中心孔試樣的疲勞斷口形貌 120
5.1.1 疲勞斷裂各區(qū)的斷口特征 120
5.1.2 激光噴丸次數對疲勞裂紋萌生和擴展性能的增益機理 124
5.2 CT試樣疲勞斷口的形貌特征分析 127
5.2.1 不同激光能量下疲勞斷口的宏觀和微觀形貌特征 127
5.2.2 不同激光噴丸軌跡下疲勞斷口的宏觀和微觀形貌特征 140
5.3 疲勞斷口的定量分析 142
5.3.1 宏觀裂紋擴展速率與微觀裂紋擴展速率 142
5.3.2 斷口定量反推疲勞應力 145
5.3.3 斷口定量反推疲勞壽命 147
5.4 疲勞斷口的三維形貌及粗糙度 148
5.5 本章小結 151
參考文獻 152
第6章 激光噴丸強化6061-T6鋁合金疲勞裂紋擴展的數值模擬 154
6.1 激光噴丸強化殘余應力的數值模擬方法 154
6.1.1 ABAQUS軟件的功能模塊 154
6.1.2 殘余應力模擬中關鍵問題的處理 155
6.2 單聯中心孔試樣疲勞特性的數值模擬 159
6.2.1 不同激光能量作用下的殘余應力 160
6.2.2 不同噴丸路徑下的殘余應力 162
6.2.3 激光噴丸后疲勞特性的有限元分析 162
6.3 CT 試樣疲勞裂紋擴展特性的數值模擬 166
6.3.1 不同激光能量下的疲勞裂紋擴展特性 167
6.3.2 不同噴丸路徑下的疲勞裂紋擴展特性 171
6.4 本章小結 174
參考文獻 175
第7章 激光噴丸強化IN718鎳基合金高溫疲勞延壽理論 177
7.1 IN718鎳基合金研究現狀及存在問題 177
7.1.1 IN718鎳基合金高溫疲勞性能研究現狀及不足 178
7.1.2 IN718鎳基合金抗疲勞制造工藝研究 182
7.2 IN718鎳基合金的高溫疲勞失效理論 184
7.2.1 高溫疲勞損傷機理 184
7.2.2 高溫疲勞斷裂過程 185
7.3 激光噴丸抗高溫疲勞的應力強化機制 188
7.3.1 激光噴丸誘導的表層殘余壓應力形成過程 188
7.3.2 激光噴丸誘導的殘余壓應力疲勞增益機制 188
7.4 激光噴丸抗高溫疲勞的組織強化機制 190
7.4.1 激光噴丸試樣抗高溫疲勞細晶強化 190
7.4.2 激光噴丸試樣抗高溫疲勞位錯強化 192
7.4.3 激光噴丸試樣抗高溫疲勞動態(tài)析出強化 194
7.5 激光噴丸強化的高溫疲勞壽命估算 196
7.5.1 高溫疲勞載荷下殘余壓應力計算 196
7.5.2 高溫疲勞裂紋萌生壽命估算 200
7.5.3 高溫疲勞裂紋擴展壽命估算 201
7.5.4 高溫疲勞全壽命估算 203
7.6 激光噴丸強化材料的高溫氧化行為 203
7.6.1 激光噴丸強化對高溫氧化動力學的影響 204
7.6.2 高溫環(huán)境下應力與氧化行為的耦合模型 204
7.6.3 高溫氧化環(huán)境下的疲勞裂紋擴展模型 205
7.7 本章小結 208
參考文獻 209
第8章 激光噴丸強化IN718鎳基合金表面完整性及高溫殘余應力松弛 214
8.1 試驗材料及試樣尺寸 214
8.2 激光噴丸強化試驗系統(tǒng) 215
8.2.1 激光器及控制系統(tǒng) 215
8.2.2 激光噴丸試驗方案 216
8.3 顯微硬度測試 218
8.3.1 顯微硬度測試設備及方法 218
8.3.2 顯微硬度分析 219
8.4 表面形貌測試 222
8.4.1 表面形貌測試設備及方法 222
8.4.2 不同激光功率密度下的表面形貌分析 222
8.5 殘余應力測試 224
8.5.1 殘余應力測試設備及方法 224
8.5.2 不同激光功率密度下的表面殘余應力分布 224
8.5.3 不同激光功率密度下深度方向殘余應力分布 225
8.5.4 殘余壓應力的高溫松弛規(guī)律 226
8.5.5 殘余壓應力的高溫松弛模型 229
8.6 本章小結 230
參考文獻 230
第9章 激光噴丸強化IN718鎳基合金的高溫疲勞性能 232
9.1 高溫疲勞試驗與方法 232
9.1.1 試驗設備 232
9.1.2 試樣裝夾方法 232
9.1.3 疲勞試驗參數 233
9.2 激光噴丸強化后的高溫疲勞壽命 234
9.2.1 激光功率密度對疲勞壽命的影響 234
9.2.2 服役溫度對疲勞壽命的影響 236
9.3 高溫疲勞斷裂不同階段的斷口特征 237
9.3.1 激光功率密度對疲勞斷口的影響 237
9.3.2 服役溫度對疲勞斷口的影響 248
9.4 高溫疲勞微觀開裂機制 258
9.5 本章小結 259
參考文獻 260
第10章 激光噴丸強化IN718鎳基合金的高溫氧化及疲勞性能增益微觀機制 262
10.1 激光噴丸試樣熱暴露及高溫疲勞拉伸后的顯微組織演變 262
10.1.1 激光噴丸IN718鎳基合金試樣熱暴露前后的顯微組織 262
10.1.2 IN718鎳基合金高溫疲勞拉伸后的顯微組織 266
10.2 激光噴丸試樣高溫疲勞拉伸前后的微觀結構特征 267
10.2.1 激光噴丸前后的位錯組態(tài)分析 267
10.2.2 不同激光功率密度下高溫疲勞試樣的微觀結構 269
10.2.3 不同服役溫度下高溫疲勞試樣的微結構特征 275
10.3 激光噴丸與高溫氧化交互作用對高溫疲勞的影響 281
10.3.1 鎳基合金高溫氧化過程分析 281
10.3.2 鎳基合金高溫氧化動力學分析 282
10.3.3 激光噴丸誘導的微觀組織演變與高溫氧化的交互作用 283
10.3.4 高溫氧化膜形成對高溫疲勞性能的影響 284
10.4 本章小結 287
參考文獻 288