借助ABAQUS软件建立了微尺度激光冲击强化(micro-scale laser shock peening, μLSP)过程的有限元模型, 对T2纯铜的μLSP过程进行了数值模拟, 分析了μLSP过程中纯铜的位移、塑性应变和等效应力的动态响应情况以及残余应力的分布规律。结果表明, 冲击波作用到纯铜表面后, 极短时间内便可达到纯铜的动态屈服极限。纯铜表面的位移影响区域直径约为激光光斑的2倍, 并在27 ns时达到位移最大值约0.85 μm。随着冲击波压力的加载, 纯铜产生加工硬化, 塑性应变和等效应力的最大值均出现在加载区域内部的近表层处, 分别约为0.062 MPa和297 MPa。μLSP后纯铜表面激光辐照区域主要表现为残余压应力, 最大值约为199 MPa, 影响深度达40 μm。在激光辐照区域表面边缘存在一定的残余拉应力, 产生“残余应力洞”。同时, μLSP工艺试验结果与数值模拟结果基本一致, 从而验证有限元模型的合理性与可靠性。

为了在不影响柱状晶组织的前提下改善DZ17G定向凝固合金的力学性能, 采用微激光冲击强化方法进行表面处理, 通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和显微硬度计, 测试分析微激光冲击对DZ17G定向凝固合金表面完整性的影响。试验结果表明：在水下无吸收保护层微激光冲击处理后, 合金表面发生了烧蚀、熔融, 1次冲击后形成光滑熔融区, 但随着冲击次数增加而形成了大量微小烧蚀孔洞和难熔颗粒; 表层组织仍由γ和γ′两相组成, 柱状晶内形成了高密度位错和位错缠结, 但未发生晶粒细化; 硬度在深度上呈梯度分布, 冲击1次后硬化层深度仅为100 μm, 表面硬度值达到503 HV, 提高了22.7%, 而且硬度值和硬化层深度都随着冲击次数增加而增大。

为了保证高质量的微尺度激光喷丸强化(μLSP)，建立了恰当的数值模拟分析模型，并对模拟中的一些关键技术问题进行了研究和处理。通过对比模拟得到的残余应力场表征值与工艺参数计算所得数据，找出了影响微尺度激光喷丸诱导残余应力场的表征值的关键参数。利用基于响应面的Box-Behnken优化方法进行实验设计，提取各组激光工艺参数下的残余应力表征值进行数据处理，确定各因素以及相关因素的交互作用对残余应力表征值的影响，建立了激光工艺参数与平均表面残余应力的二次回归模型，并对模型的合理性进行了验证，在此基础上确定了最佳激光工艺参数组合。