为了研究激光冲击Ti-6Al-4V钛合金下的表面纳米化和微观结构的演变特性, 采用短脉冲Nd∶YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面分别进行了激光冲击实验, 得到了不同激光冲击次数下钛合金表面的微观组织和相应表面硬度。随着激光冲击次数增加, 晶粒尺寸逐渐减小并形成纳米晶粒; 冲击3次以上时, 纳米晶数量明显增多、尺寸分布更加均匀, 表面出现取向更加随机的等轴纳米晶; 冲击5次后, 随着冲击次数增加, 钛合金表面纳米晶粒尺寸没有出现明显降低的趋势, 始终保持50nm~130nm; 不同冲击次数下纳米层的深度不会明显增加, 纳米层深度约为15μm~20μm; 冲击次数5次以上后, 钛合金表面硬度趋于稳定, 最大值约为525HV~530HV。结果表明, Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化程度随着激光冲击次数的增加而提高; 在5次激光冲击后钛合金表面的纳米化程度达到渐饱和状态, 表面具有分布较好的纳米晶和较高的硬度。这表明多次激光冲击钛合金表面可以实现晶粒从微米级向纳米级转化。

为了研究激光喷丸对中高温条件下Ti-6Al-4V钛合金残余应力、微观硬度及金相组织演变的影响, 采用高功率、短脉冲Nd∶YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行了激光冲击, 并将冲击后的试样分别置于400℃,500℃,550℃和600℃的温度下进行了1h的保温处理。利用X射线衍射仪对强化区域的残余应力进行了检测, 通过扫描电镜及透射电镜对微观组织进行表征, 探究了强化效果与晶粒尺寸、位错运动间的联系。结果表明, 激光喷丸处理在试样表层诱导产生较大幅值残余压应力, 显微硬度提高; 经550℃热处理1h后, 残余应力影响层深约为100μm; 经400℃、600℃热处理1h后, 试样表层微观硬度分别下降了8.3HV和20.1HV; 热处理后, 晶粒尺寸总体呈现增大趋势。激光喷丸处理可以有效提高Ti-6Al-4V钛合金中高温力学性能。

为了研究中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响, 采用高功率、短脉冲Nd∶YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行激光冲击, 并将冲击后的钛合金试样分别置于400℃,500℃,550℃和600℃的温度下进行保温处理。从表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力等方面分析了中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响。结果表明, 激光冲击处理增大了Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度, 且热处理温度越高, Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度越大; 激光冲击处理显著提高了Ti-6Al-4V钛合金材料的表面残余压应力, 随着温度的升高, 残余压应力值降低。研究结果对了解和掌握Ti-6Al-4V钛合金的使用性能是有帮助的。