激光溫噴丸改善A356鋁合金力學(xué)性能及其熱穩(wěn)定性的機(jī)理與實(shí)驗(yàn).pdf

1、A356鋁合金是汽車(chē)輪轂、軸承、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋及滑塊常用的材料之一。但其力學(xué)性能較差，且在高溫(＞180℃)下不穩(wěn)定，易發(fā)生疲勞破壞和高溫摩擦磨損等失效形式。如何提高其力學(xué)性能并保證所提高的力學(xué)性能在高溫和循環(huán)載荷下具有良好的穩(wěn)定性能，是A356鋁合金應(yīng)用中的主要問(wèn)題之一。本文采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，開(kāi)展激光溫噴丸強(qiáng)化(WarmLaserPeening-WLP)改善A356鋁合金力學(xué)性能及其熱穩(wěn)定性能的機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究，主要工作如下:

2、r>　　 (1)在常溫激光噴丸強(qiáng)化(LaserPeening-LP)機(jī)理與動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效強(qiáng)化機(jī)理的基礎(chǔ)上，從應(yīng)力強(qiáng)化及微觀(guān)組織強(qiáng)化兩個(gè)層面分析了激光溫噴丸的強(qiáng)化機(jī)理;從位錯(cuò)理論出發(fā)，建立起基于位錯(cuò)機(jī)制的激光溫噴丸動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效模型和基于熱力耦合作用下激光溫噴丸誘導(dǎo)的位錯(cuò)密度模型;將溫度效應(yīng)考慮進(jìn)去，建立起激光溫噴丸誘導(dǎo)的塑性變形層深度、塑性應(yīng)變估算模型及表層殘余壓應(yīng)力估算模型;分析了影響激光溫噴丸強(qiáng)化效果的主要因素，得到了適合激光溫噴丸的

3、耐高溫吸收層、約束層及實(shí)驗(yàn)溫控裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn);最后基于耐熱鋁合金微觀(guān)強(qiáng)化機(jī)理，分析了激光溫噴丸提高鋁合金力學(xué)性能及其熱穩(wěn)定性的強(qiáng)化機(jī)理。為本文后面的實(shí)驗(yàn)提供理論支撐及參考。
　　 (2)利用SpitLight2000型激光器及自行設(shè)計(jì)的溫控裝置對(duì)A356鋁合金進(jìn)行不同激光能量與基體溫度的激光溫噴丸實(shí)驗(yàn)，并確定較優(yōu)激光溫噴丸工藝參數(shù)組合。采用X射線(xiàn)應(yīng)力測(cè)定儀及顯微硬度測(cè)量?jī)x對(duì)試樣表面殘余應(yīng)力、深度方向的顯微硬度進(jìn)行了測(cè)試與分析，研究

4、了基體溫度與激光能量對(duì)激光溫噴丸誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力及顯微硬度的影響;在上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，綜合殘余應(yīng)力、顯微硬度及加工硬化層深度進(jìn)行綜合考慮，確定本實(shí)驗(yàn)的較優(yōu)激光溫噴丸工藝參數(shù)組合及A356鋁合金發(fā)生動(dòng)念應(yīng)變時(shí)效溫度上限。
　　 再利用X衍射儀、光學(xué)電鏡及SEM對(duì)經(jīng)較優(yōu)激光溫噴丸工藝組合參數(shù)處理后試樣的微觀(guān)組織（表面位錯(cuò)密度、晶粒大小以及表面Si顆粒形貌、分布與尺寸）進(jìn)行了測(cè)試與觀(guān)察，分析了激光溫噴丸對(duì)材料表層微觀(guān)組織的影響。

5、r>　　 (3)利用DGH-9030A型電熱鼓風(fēng)干燥箱對(duì)經(jīng)較優(yōu)激光溫噴丸加工組合參數(shù)處理的試樣及對(duì)照組試樣進(jìn)行了高溫保持實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比分析高溫保持處理前后各試樣的表面殘余壓應(yīng)力及其影響層深度、顯微硬度與微觀(guān)組織的變化，研究了激光溫噴丸對(duì)材料熱穩(wěn)定性能的影響，并從微觀(guān)層面上分析了激光溫噴丸改善材料熱穩(wěn)定性能的強(qiáng)化機(jī)理。
　　 (4)在MTS-809拉-扭復(fù)合測(cè)試系統(tǒng)上對(duì)經(jīng)較優(yōu)激光溫噴丸加工參數(shù)處理的試樣及對(duì)照組試樣進(jìn)行室溫、高溫