沈阳自动化研究所建工程实验室：激光冲击强化和3D打印

2013-08-14 14:34

　　（4）激光冲击强化能够使部件的疲劳寿命明显延长和抗疲劳强度提高。激光冲击强化处理和喷丸强化处理的7075 － T7351铝试样试验结果表明，激光冲击强化处理后部件的疲劳寿命延长1个量级，抗疲劳强度提高30%~50%。

　　（5）激光冲击强化能够提高高温下残余应力的稳定性。高温对激光冲击强化处理的Ti8Al1V1Mo残余应力释放的影响。结果表明在高温下暴露4h后，其残余应力没有恢复。INCONEL718、Ti6Al4V 等其他一些材料在激光冲击强化处理后也呈现相似的结果。

　　（6）激光冲击强化能够明显延长部件的高循环疲劳强度，如图1 所示。

　　（7）激光冲击强化应用范围宽。其不仅对各种铝合金、镍基合金、不锈钢、钛合金、铸铁以及粉末冶金等均有良好的强化效果，还可以利用激光束的精确定位处理一些受几何形状约束而无法进行喷丸处理的部位（如小槽、小孔和轮廓线等）。因而，该技术广泛应用于航空工业、汽车制造、医疗卫生、海洋运输和核工业等领域。

　　（8）激光冲击处理能对表面局部区域进行冲击强化且可在空气中直接进行，因而具有对工件尺寸、形状及所处环境适应性强，工艺过程简单，控制方便且灵活等特点。

　　激光冲击强化技术的发展

　　20世纪70年代初，美国巴特尔学院（Battelle Memorial Institute）的B.P. Fairand 等人首次采用高功率脉冲激光诱导的冲击波来改变7075 铝合金的显微结构组织，以提高其机械性能，从此揭开了用激光冲击强化应用研究的序幕。

　　20世纪90年代，激光冲击强化技术得到了大力开发与快速发展，被美国军方和工业界陆续应用一些典型的战斗机/ 轰炸机发动机和商用客机发动机风扇/ 压气机叶片与整体叶盘上。与此同时，世界激光冲击强化技术的研究与应用人员从2008年起每2年组织1届国际激光冲击强化技术研讨会，对激光冲击强化的基础理论、工艺的数值模拟、工艺的试验验证、由LSP条件造成的机械特性等方面进行深入探讨。这些标志着激光冲击强化技术越来越得到世界的关注。

　　1 在风扇/压气机叶片上的应用与发展

　　20世纪90年代初，配装B-1B轰炸机的F101发动机因风扇叶片断裂引发了多次重大飞行事故。其原因，是第1级钛合金风扇叶片前缘被吞入发动机的硬外来物打伤，造成疲劳强度由要求的75ksi（518MPa）左右下降到20ksi（138MPa）以下，进而引发疲劳断裂。为了避免该类故障的发生，美国空军地勤人员在F101发动机每飞行25h和每天第1次飞行前对所有风扇叶片进行1次能够发现0.127mm裂纹的精细检查。1994年，为了完成上述检查和保证B-1B轰炸机安全飞行，美国空军花费了100多万维护人时和1000多万美元。