激光冲击处理工艺与应用研究

摘要

激光冲击处理(Laser shock Processing，LSP)技术是指利用高功率脉冲激光诱导产生的高压冲击波作用于材料，使材料表层发生塑性变形，形成冲击强化层，从而改变材料表面的微观结构，改善材料的机械性能。是一种新型的表面改性处理技术。本文系统总结了激光冲击处理的理论，研究了激光冲击处理的工艺参数的选择，提出了以冰为约束层的激光冲击处理的新工艺，并进行了试验验证。在此基础上选取了有广泛工业用途的三种工程材料和一种工业成品进行了激光冲击处理试验，得到了大量重要数据，拓展了激光冲击处理的应用范围。主要工作和结果有以下几点：
　　 1.研究了激光冲击处理的关键工艺参数对激光冲击的影响，及如何选择激光冲击处理工艺参数；并针对目前激光冲击处理中使用的约束层的缺陷，提出了使用以冰作为激光冲击处理约束层的新思路。通过试验验证了冰作为约束层的可行性，冰层对激光有较好的穿透性，对冲击波能起到良好的约束作用，并且提出了冰约束层技术未来的研究方向。
　　 2.在研究了激光冲击处理关键工艺参数的基础上，选取了Ni基高温合金，H13钢，TC4钛合金电子束焊缝等三种常用工程材料进行了激光冲击处理试验，测量了其表面形貌及硬度等重要指标，并重点测定了其冲击后的残余应力，证明了激光冲击处理对材料疲劳寿命的提高。分析了其残余应力的分布特性，为进一步精确控制激光冲击处理的残余应力分布提供了实验基础。
　　 3.将激光冲击处理应用在实践生产中，实验研究了利用激光冲击处理技术对发动机飞锤进行处理。通过分析实验数据得出，激光冲击处理可以提高飞锤表面硬度，并产生较深的硬化层，在飞锤表面产生较大的残余应力，提高飞锤的疲劳寿命。