激光沖擊波調(diào)控熔覆層組織-應(yīng)力狀態(tài)的基礎(chǔ)研究.pdf

1、激光熔覆技術(shù)是再制造、表面涂層及3D打印的基礎(chǔ)工藝，其應(yīng)用前景廣泛，也是當(dāng)前科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)。激光熔覆技術(shù)目前存在的主要問(wèn)題是熔覆層表面及內(nèi)部組織不均勻、殘余拉應(yīng)力等缺陷，這些缺陷在外力作用下容易引起熔覆層的變形及開(kāi)裂。針對(duì)上述問(wèn)題，本文創(chuàng)新性的開(kāi)展了激光沖擊波調(diào)控熔覆層組織及應(yīng)力的基礎(chǔ)研究。
　　首先，進(jìn)行了激光沖擊波調(diào)控熔覆層組織及殘余應(yīng)力機(jī)理研究?；谖⒂^位錯(cuò)理論建立了激光沖擊波誘導(dǎo)熔覆層微觀組織形變理論；研究表明，熔覆

2、層在受激光沖擊作用后，其組織發(fā)生位錯(cuò)、滑移，導(dǎo)致微觀組織形變。結(jié)合微觀組織形變理論分析了激光沖擊波細(xì)化熔覆層晶粒的微觀機(jī)制；分析表明，激光沖擊波細(xì)化熔覆層主要是通過(guò)沖擊波壓力作用于熔覆層表面，熔覆層內(nèi)部晶粒位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)累積及相互纏結(jié)，最后晶粒重新排列，形成細(xì)化后晶粒?；诩す鉀_擊誘導(dǎo)熔覆層微觀組織形變理論，研究了激光沖擊調(diào)控熔覆層殘余應(yīng)力機(jī)理；研究表明，殘余應(yīng)力是微觀位錯(cuò)在力學(xué)上的表現(xiàn)，激光沖擊后，熔覆層表面塑性變形，位錯(cuò)從不穩(wěn)定

3、的高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài)，熔覆層表面相對(duì)穩(wěn)定，殘余拉應(yīng)力消除?；诩す鉀_擊波細(xì)化熔覆層晶粒的微觀機(jī)制及激光沖擊調(diào)控熔覆層殘余應(yīng)力機(jī)理，建立了激光熔覆層激光沖擊調(diào)控模型；
　　其次，以Ni60粉末激光熔覆層為例進(jìn)行了熔覆層表面加載激光沖擊波試驗(yàn)研究。對(duì)比分析了激光沖擊前后熔覆層內(nèi)部組織變化行為。研究表明，激光沖擊后，沿激光沖擊方向熔覆層可劃分為強(qiáng)塑性變形區(qū)、次塑性變形區(qū)及微塑性變形區(qū)。在微塑性變形區(qū)，熔覆層中等軸晶及樹(shù)枝晶晶臂被壓縮，晶

4、粒細(xì)化為許多小晶塊，尺寸從3.1μm到21μm不等。在次塑性變形區(qū)，樹(shù)枝晶寬度被壓縮，晶臂被打斷，激光沖擊調(diào)控后枝晶寬度尺寸為5.3μm到7.8μm不等。在微塑性變形區(qū)，經(jīng)激光沖擊波加載后，等軸晶分布趨于均勻，等軸晶組織形態(tài)豐滿。塊狀晶被部分壓縮，平均尺寸下降為原來(lái)的一倍。熔覆層底部較大柱狀晶在激光沖作用下發(fā)生碎化，形成細(xì)小晶塊。
　　最后，以Ni60粉末激光熔覆層為例進(jìn)行了熔覆層表面加載激光沖擊波前后應(yīng)力變化測(cè)試及疲勞試驗(yàn)。采用

5、X射線衍射應(yīng)力儀測(cè)試了激光沖擊波加載前后熔覆層殘余應(yīng)力場(chǎng)的變化。研究表明，激光沖擊前，熔覆層表面應(yīng)力狀態(tài)表現(xiàn)為殘余拉應(yīng)力，且裂紋前后出現(xiàn)應(yīng)力突變行為，突變值約為250MPa。熔覆層在激光沖擊前沿激光掃描方向殘余應(yīng)力值逐漸增加，最大值處約為276Mpa。在疲勞試驗(yàn)中，對(duì)未經(jīng)處理的熔覆層及加載激光沖擊波后的熔覆層表面進(jìn)行恒定載荷加載，結(jié)果表明激光沖擊波調(diào)控后的熔覆層所承受載荷高于未經(jīng)處理的熔覆層?；谝訬i60熔覆層激光沖擊波調(diào)控組織及應(yīng)力