中高濁服役環(huán)境下激光沖擊鎳基合金試驗(yàn)與機(jī)理研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片服役于高溫環(huán)境,且承受波動(dòng)載荷的作用,其破壞一般發(fā)生于表面微裂紋處。在高溫合金表面獲得細(xì)晶結(jié)構(gòu)而保持其內(nèi)部的粗晶結(jié)構(gòu),且引入殘余壓應(yīng)力使表面微裂紋閉合,從而提高高溫合金的綜合力學(xué)性能。激光沖擊強(qiáng)化作為一項(xiàng)先進(jìn)的表面處理技術(shù),能在沖擊區(qū)域細(xì)化表層晶粒大小和引入大幅值殘余壓應(yīng)力,但是高溫服役環(huán)境下會(huì)發(fā)生殘余應(yīng)力釋放、高溫軟化和晶粒粗化等現(xiàn)象,因此有必要研究高溫環(huán)境下鎳基合金激光沖擊處理前后的力學(xué)性能。本文以鎳基鑄造高溫合金

2、K417為研究對(duì)象,通過實(shí)驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬,從宏觀力學(xué)性能和微觀組織角度驗(yàn)證了激光沖擊對(duì)高溫服役構(gòu)件強(qiáng)化處理可行性,并獲得了該合金激光沖擊處理的極限溫度。論文的主要工作和取得的結(jié)論如下:
　　 (1)高溫環(huán)境激光強(qiáng)化沖擊效果:通過試驗(yàn)分析獲得了不同溫度下激光沖擊對(duì)材料表層殘余應(yīng)力影響機(jī)理,并運(yùn)用FRANC2D＼L數(shù)值分析了殘余壓應(yīng)力對(duì)K417表面微裂紋的影響。結(jié)果表明:隨著溫度的增加,殘余壓應(yīng)力的釋放速率增大;升溫到700℃釋

3、放率僅為18.1%,且殘余壓應(yīng)力明顯大于未激光沖擊的表面,700℃至800℃的釋放率為38.5%,研究表明小于800℃時(shí)激光沖擊是有效的,并給出了激光誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力高溫釋放的宏觀和微觀解釋;激光沖擊處理能有效降低裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子,延長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展壽命。
　　 (2)材料表面力學(xué)性能變化:試驗(yàn)研究了激光沖擊后不同溫度下表面粗糙度及顯微硬度變化,結(jié)果表明:激光沖擊對(duì)粗糙度的影響與基體本身的粗糙度有關(guān),激光沖擊減小粗糙試樣的粗糙度

4、,對(duì)于光滑試樣,粗糙度略有增加,但影響很小,沖擊后表面完整性得到保證;隨著溫度的升高,K417發(fā)生高溫氧化現(xiàn)象,粗糙度增加;中高溫情況下,鎳基合金硬度的提高率低于室溫,但是均大于未激光沖擊區(qū)域,深度方向的硬度符合指數(shù)形式衰減且隨溫度的增加深度減小,800℃時(shí)為0.3～43.35mm,研究結(jié)果表明激光沖擊硬化高溫服役構(gòu)件是有效的。
　　 (3)材料表層顯微結(jié)構(gòu)改變:通過對(duì)比晶粒大小、析出相和X射線衍射譜線半高寬等,研究了中高溫環(huán)境