为了研究冲击温度和冲击次数对激光温冲击压印(WLSI)铝箔成形质量的影响并揭示WLSI的机理,分别进行了不同温度和不同冲击次数下的WLSI成形实验,对WLSI的成形高度、表面质量、表面硬度和显微组织进行了测试和分析。采用ABAQUS软件对冲击过程中的成形件残余应力、变形速度进行了仿真。结果显示:在较高的冲击温度下可以获得大的成形高度和均匀的残余应力分布,但是冲击温度过高会导致成形微结构的过度氧化;在200 ℃下进行多次冲击,可以获得较大的成形高度和较好的表面质量。WLSI实验和数值仿真结果表明,WLSI过程包含材料的高应变率塑性变形硬化过程和动态回复软化过程,其中变形硬化起主导作用。

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。

Laser shock peening is a well-known method for extending the fatigue life of metal components by introducing near-surface compressive residual stress. The surface acoustic waves (SAWs) are dispersive when the near-surface properties of materials are changed. So the near-surface properties (such as the thickness of hardened layers, elastic properties, residual stresses, etc.) can be analyzed by the phase velocity dispersion. To study the propagation of SAWs in metal samples after peening, a more reasonable experimental method of broadband excitation and reception is introduced. The ultrasonic signals are excited by laser and received by polyvinylindene fluoride (PVDF) transducer. The SAW signals in aluminum alloy materials with different impact times by laser shock peening are detected. Signal spectrum and phase velocity dispersion curves of SAWs are analyzed. Moreover, reasons for dispersion are discussed.

激光冲击硬化通过在材料的近表面产生残余压应力来提高材料的表面硬度和抗疲劳寿命。材料近表面性质的变化能够导致在其中传播的声表面波发生色散。为了研究激光冲击硬化后金属Al合金样品中的激光声表面波(SAW)的传播, 提出一种合理的宽带激发和接收方法, 搭建了由激光激发、聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器接收超声信号的实验装置。分别对不同条件下激光冲击的Al合金样品中的激光声表面波进行了探测, 通过对接收到的超声信号进行时频分析得到了信号的频谱以及声表面波的相速度色散曲线, 速度色散主要是由于晶粒方向改变和错位密度的增加引起的。