發(fā)布時間：2018-03-31 10:22

  本文選題：激光沖擊強化　切入點：不銹鋼　出處：《江蘇大學》2017年碩士論文

【摘要】：激光沖擊強化是一種高效的表面強化技術,具有高能量、超高壓、超快速和超高應變率的特性,激光沖擊使金屬材料表層獲得較高的位錯密度,從而改善材料表面殘余應力的分布狀態(tài),獲得一定深度的壓應力層,提高材料的結(jié)構疲勞特性、耐磨性以及應力腐蝕性能。激光沖擊后金屬及合金材料表面的性能改善主要取決于表層金屬微觀組織的演變,本文開展的激光沖擊不銹鋼及焊接件力學性能與組織細化方面的研究,為激光沖擊不銹鋼及其焊接件的工業(yè)應用提供了依據(jù)。本文主要開展了以下研究:不同次數(shù)單點激光沖擊在不銹鋼表面誘導的殘余應力以及表面微觀組織的聯(lián)系研究、不同能量大面積激光沖擊不銹鋼的表面粗糙度與微觀組織演變的進一步研究、激光沖擊不銹鋼焊接件應力與應變有限元分析研究、激光沖擊不銹鋼焊縫區(qū)微觀組織的演變規(guī)律研究。通過四個方面的深入研究獲得了以下結(jié)論與成果:(1)研究了不同次數(shù)單點激光沖擊不銹鋼表面殘余應力以及表面微觀組織之間的聯(lián)系,同時探索了一種由單點到多點大面積激光沖擊獲得均勻表面殘余應力的方法:三次單點激光沖擊后,光斑中心處的殘余壓應力值以及其影響深度達到了一個峰值,殘余壓應力值基本保持不變,殘余壓應力的影響深度也達到了一個飽和值。隨著激光沖擊次數(shù)從一次增加到三次,原始粗晶分別被孿晶薄片,亞微米菱形纏結(jié)與三角狀纏結(jié)分割開來,從而得到細化晶粒。大面積激光沖擊光斑搭接率為50%時,單個光斑內(nèi)大多數(shù)的區(qū)域被沖擊次數(shù)至少為3次,AISI304奧氏體不銹鋼試樣上表面區(qū)域出現(xiàn)了大量的亞微米三角狀纏結(jié),微觀組織細化更均勻。沖擊表面殘余應力分布、微觀硬度以及彈性模量大幅提升,并且在激光沖擊延伸影響區(qū)域也趨于均勻。(2)進一步研究了不同能量大面積激光沖擊對不銹鋼的表面粗糙度與微觀組織演變的影響,同時對激光沖擊與未沖擊試樣進行了電子背散射(EBSD)分析并提出了四個方向機械孿晶交叉的晶粒細化機制:大面積激光沖擊增加了原始試樣的表面粗糙度,與3 J激光能量沖擊相比,采用6 J激光能量沖擊可以獲得一個相對光滑的表面,主要原因是6 J激光能量相對應地可以獲得更大的有效變形區(qū)域。與原始試樣中60°取向角峰值9%的比例相比,3 J激光能量沖擊后取向角峰值比例為46%,6 J激光能量沖擊后取向角峰值比例為40%,大量的~60°111形變孿晶出現(xiàn)在AISI304奧氏體不銹鋼的激光沖擊強化層。這些現(xiàn)象表明大面積激光沖擊可以通過孿晶分割來細化AISI304奧氏體不銹鋼表層的原始粗晶。伴隨著機械孿晶的出現(xiàn),激光沖擊波誘導的塑性變形同樣導致了ε馬氏體的轉(zhuǎn)變。激光沖擊波誘導的塑性變形層中第四個方向的機械孿晶交叉第一次被發(fā)現(xiàn),激光沖擊波機械效應下的基于四個方向機械孿晶交叉的晶粒細化機制被提出。(3)開展了激光沖擊強化不銹鋼焊接件的有限元分析研究,研究激光沖擊對不銹鋼焊接件表層的殘余應力以及應變的影響,為激光沖擊不銹鋼焊接件的試驗研究提供理論依據(jù):脈沖能量越高,激光沖擊后焊接區(qū)、熱影響區(qū)以及基體區(qū)殘余壓應力值都有所增加,而殘余壓應力增加幅度隨著脈沖能量的增加反而有所降低;焊接件表面殘余壓應力層厚度以及試樣截面中間部分的殘余拉應力值也有所增加,同樣其增加幅度隨著脈沖能量的增加卻有所降低。脈沖能量越高,焊接件表面應變峰值越高。60 ns后,激光誘導的沖擊波衰減消失,焊接件表面應變也隨之減弱,三種脈沖能量沖擊誘導的應變曲線變化趨勢基本一致。(4)在有限元分析的基礎上開展了激光沖擊不銹鋼焊接件焊縫區(qū)域微觀組織演變規(guī)律的研究,為激光沖擊不銹鋼焊接件獲得均勻微觀組織細化層提供理論與實踐指導:大面積激光沖擊強化后,焊縫及基材表層區(qū)域的原始粗晶被細化,焊接金屬與基材金屬之間的交互結(jié)晶現(xiàn)象顯著提升。大面積激光沖擊誘導不銹鋼焊接件焊縫區(qū)域表層微觀組織細化的主要原因是由位錯運動導致的亞晶界將原始晶粒分割成細化晶粒。大面積激光沖擊強化后焊接區(qū)域表層晶粒內(nèi)部產(chǎn)生垂直方向與水平方向的亞晶界,隨著垂直方向與水平方向的亞晶界的不斷生成,晶粒內(nèi)部被兩個方向的亞晶界逐漸分割開,在后續(xù)的激光沖擊波作用下繼續(xù)發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的過程,原始柱狀晶最終演變成等軸細化晶粒。
[Abstract]:Laser shock peening is a kind of efficient surface hardening technology . It has the characteristics of high energy , ultra - high pressure , ultra - fast and ultra - high strain rate . The effects of large area laser shock on the surface roughness and microstructure evolution of stainless steel have been studied .

【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG665;TG404

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本文編號：1690316