激光溫噴丸改善A356鋁合金力學性能及其熱穩(wěn)定性的機理與實驗.pdf

1、A356鋁合金是汽車輪轂、軸承、發(fā)動機缸蓋及滑塊常用的材料之一。但其力學性能較差，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。如何提高其力學性能并保證所提高的力學性能在高溫和循環(huán)載荷下具有良好的穩(wěn)定性能，是A356鋁合金應用中的主要問題之一。本文采用理論與實驗相結合的方法，開展激光溫噴丸強化(WarmLaserPeening-WLP)改善A356鋁合金力學性能及其熱穩(wěn)定性能的機理與實驗研究，主要工作如下:

2、r>　　 (1)在常溫激光噴丸強化(LaserPeening-LP)機理與動態(tài)應變時效強化機理的基礎上，從應力強化及微觀組織強化兩個層面分析了激光溫噴丸的強化機理;從位錯理論出發(fā)，建立起基于位錯機制的激光溫噴丸動態(tài)應變時效模型和基于熱力耦合作用下激光溫噴丸誘導的位錯密度模型;將溫度效應考慮進去，建立起激光溫噴丸誘導的塑性變形層深度、塑性應變估算模型及表層殘余壓應力估算模型;分析了影響激光溫噴丸強化效果的主要因素，得到了適合激光溫噴丸的

3、耐高溫吸收層、約束層及實驗溫控裝置設計要點;最后基于耐熱鋁合金微觀強化機理，分析了激光溫噴丸提高鋁合金力學性能及其熱穩(wěn)定性的強化機理。為本文后面的實驗提供理論支撐及參考。
　　 (2)利用SpitLight2000型激光器及自行設計的溫控裝置對A356鋁合金進行不同激光能量與基體溫度的激光溫噴丸實驗，并確定較優(yōu)激光溫噴丸工藝參數(shù)組合。采用X射線應力測定儀及顯微硬度測量儀對試樣表面殘余應力、深度方向的顯微硬度進行了測試與分析，研究

4、了基體溫度與激光能量對激光溫噴丸誘導的殘余壓應力及顯微硬度的影響;在上述實驗結果基礎上，綜合殘余應力、顯微硬度及加工硬化層深度進行綜合考慮，確定本實驗的較優(yōu)激光溫噴丸工藝參數(shù)組合及A356鋁合金發(fā)生動念應變時效溫度上限。
　　 再利用X衍射儀、光學電鏡及SEM對經較優(yōu)激光溫噴丸工藝組合參數(shù)處理后試樣的微觀組織（表面位錯密度、晶粒大小以及表面Si顆粒形貌、分布與尺寸）進行了測試與觀察，分析了激光溫噴丸對材料表層微觀組織的影響。

5、r>　　 (3)利用DGH-9030A型電熱鼓風干燥箱對經較優(yōu)激光溫噴丸加工組合參數(shù)處理的試樣及對照組試樣進行了高溫保持實驗。通過對比分析高溫保持處理前后各試樣的表面殘余壓應力及其影響層深度、顯微硬度與微觀組織的變化，研究了激光溫噴丸對材料熱穩(wěn)定性能的影響，并從微觀層面上分析了激光溫噴丸改善材料熱穩(wěn)定性能的強化機理。
　　 (4)在MTS-809拉-扭復合測試系統(tǒng)上對經較優(yōu)激光溫噴丸加工參數(shù)處理的試樣及對照組試樣進行室溫、高溫