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金属材料在强激光超高应变率作用下的微观组织响应

作　者: 苑春智
导　师: 罗新民
学　校: 江苏大学
专　业: 材料学
关键词: 激光冲击处理微观组织显微硬度残余应力疲劳断口分析
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 62次
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内容摘要

激光冲击技术是一种新的材料表面改性新技术。激光冲击处理能使零件材料表面性能得到改善,并产生有利的残余压应力,降低生成疲劳裂纹源的几率和增加应力腐蚀抗力,从而延长零件的服役寿命。本文研究了三种不同晶格类型金属材料在激光冲击的超高应变率作用下的微观组织响应及其硬度和残余应力变化情况,并考证研究了激光冲击在铝合金材料表面形成的强化效果和对疲劳寿命的影响。金属材料在外力作用下能产生大量的微结构,为了研究常见不同晶格类型材料在激光冲击下的响应,本课题选择三种最常见晶格类型(b.c.c.、f.c.c.、h.c.p.)的金属材料进行了激光冲击,利用热场发射高分辨率扫描电镜和光学显微镜对激光冲击后三种不同晶格类型材料的微观组织演变情况进行了观察。用X-350A型X射线应力分析仪对激光冲击在这些材料表面形成的残余应力进行了分析,并利用HVS-1000型数字显微硬度计对激光冲击后的材料进行了截面显微硬度测量。为了验证激光冲击对材料疲劳性能的影响,对经过激光冲击和未冲击的LY2铝合金进行了疲劳对比试验,用扫描电镜观察对疲劳行为进行了分析。不同晶体结构对激光冲击超高应变率的反应具有不同的特点:b.c.c.结构的铁素体晶粒中出现了大量微观条状组织,这些条状组织包含形变孪晶和大量位错列形成的晶粒分割;在f.c.c.结构的奥氏体晶粒中则更多地出现了滑移,甚至多滑移现象;h.c.p.结构的钛合金薄板在激光冲击超高应变率作用下产生了宏观形变,在压缩形变区内观察到应变马氏体,在拉伸形变区内则以孪晶和滑移交替进行为主。表面残余应力测试和显微硬度测量结果表明:激光冲击可在金属材料表面产生明显的残余压应力,材料表面硬度也有较大提高。激光冲击后LY2铝合金的低周疲劳寿命得到明显提高,断口分析表明激光冲击后形成的残余压应力有效地延缓了疲劳源的萌生,降低了疲劳扩展条带的宽度和扩展速度。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-25
  1.1 激光冲击技术国内外发展现状  10-12
    1.1.1 国外激光技术发展概况  10-11
    1.1.2 国内激光冲击技术发展概况  11-12
  1.2 激光冲击技术原理  12-21
    1.2.1 激光冲击处理技术概述  12-13
    1.2.2 激光冲击处理的过程  13-15
    1.2.3 影响激光冲击的因素  15-20
    1.2.4 激光冲击力学效应分析  20-21
  1.3 激光冲击处理对材料表面的影响  21-24
    1.3.1 表面形态及微观组织  21
    1.3.2 激光冲击对机械性能的影响  21-24
  1.4 本课题的研究目的、意义及内容  24-25
第二章试验材料与试验方法  25-29
  2.1 激光冲击设备  25-26
  2.2 试验材料及试验过程  26-28
    2.2.1 bcc晶格材料的选择与试验过程  26
    2.2.2 fcc晶格材料的选择与试验过程  26-27
    2.2.3 hcp晶格材料的选择与试验过程  27
    2.2.4 残余应力测量和硬度试验  27
    2.2.5 激光冲击强化LY2铝合金的疲劳应用试验  27-28
  2.3 材料组织观察设备  28-29
第三章激光冲击中的"应变屏蔽"和"约束击穿"现象  29-32
  3.1 激光冲击时对材料运动的约束  29
  3.2 "应变屏蔽"  29-30
  3.3 "约束(constraint)击穿"  30-31
  3.4 "应变屏蔽"和"约束击穿"的应用  31-32
第四章金属材料组织结构对激光冲击的响应  32-50
  4.1 激光冲击对铁素体(b.c.c.晶格)组织的影响  32-37
  4.2 激光冲击对奥氏体(f.c.c晶格)材料组织的影响  37-42
    4.2.1 激光冲击对S204奥氏体不锈钢的组织影响  37-40
    4.2.2 激光冲击对304奥氏体不锈钢的组织影响  40-42
  4.3 激光冲击对TA2钛合金(h.c.p晶格)材料组织的影响  42-48
  4.4 本章小结  48-50
第五章残余应力与硬度测量结果及分析  50-55
  5.1 激光冲击处理材料硬度分析  50-51
  5.2 激光冲击处理材料残余应力测试分析  51-54
    5.2.1 残余应力本质  51-52
    5.2.2 残余应力测试结果及分析  52-54
  5.3 本章小结  54-55
第六章激光冲击在提高LY2铝合金疲劳性能上的验证试验  55-60
  6.1 疲劳试验结果  55
  6.2 表面残余应力  55-56
  6.3 表面硬度  56
  6.4 微观组织结构观察  56-57
  6.5 疲劳断口分析  57-59
  6.6 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
攻读硕士期间发表的论文  66

金属材料在强激光超高应变率作用下的微观组织响应

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